DE112017000494T5 - Capacitive occupant classification sensor with load-dependent antenna range - Google Patents

Capacitive occupant classification sensor with load-dependent antenna range Download PDF

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Erik HOLZAPFEL
Kwangbok Park
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Abstract

Ein kapazitives Sensorelement (130) einer Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung (18) umfasst ein erstes elektrisch leitendes Antennenelement (132) und mindestens ein zweites elektrisch leitendes Antennenelement (134), das ohne galvanische Verbindung miteinander angrenzend an das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) angeordnet ist. Mindestens ein elektrisch leitendes Überbrückungselement (146) ist fest an mindestens einem elastischen Abstandselement (148) angebracht, das elastische mechanische Eigenschaften in einer spezifizierten Richtung (54) aufweist. Falls eine mechanische Last (F) in der spezifizierten Richtung (54) auf das kapazitive Sensorelement (130) aufgebracht wird, die gleich dem oder größer als ein vorbestimmter Wert für die mechanische Last (F) ist, stellt das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement (146) wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) bereit.A capacitive sensor element (130) of a vehicle seat occupant detection and classification device (18) comprises a first electrically conductive antenna element (132) and at least one second electrically conductive antenna element (134) connected without galvanic connection to each other adjacent to the first electrically conductive antenna element (132 ) is arranged. At least one electrically conductive bridging member (146) is fixedly attached to at least one resilient spacer (148) having resilient mechanical properties in a specified direction (54). If a mechanical load (F) in the specified direction (54) is applied to the capacitive sensor element (130) which is equal to or greater than a predetermined value for the mechanical load (F), the at least one electrically conductive bridging element (FIG. 146) provides at least one galvanic contact between the first electrically conductive antenna element (132) and the second electrically conductive antenna element (134).

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein kapazitives Sensorelement einer Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung, eine Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung, die ein solches kapazitives Sensorelement umfasst, und einen Fahrzeugsitz, der eine solche Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung umfasst.The present invention generally relates to a capacitive sensor element of a vehicle seat occupant detection and classification device, a vehicle seat occupant detection and classification device comprising such a capacitive sensor element, and a vehicle seat including such a vehicle seat occupant detection and classification device.

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Die Verwendung von Fahrzeugsitz-Belegungserkennungssystemen ist heutzutage in Fahrzeugen, insbesondere in Personenwagen, zum Bereitstellen eines Sitzbelegungssignals für verschiedene Geräte weit verbreitet, zum Beispiel zum Zweck eines Sicherheitsgurterinnerungssystems (Seat Belt Reminder, SBR) oder einer Aktivierungskontrolle für ein zusätzliches Rückhaltesystem (Auxiliary Restraint System, ARS). Sitzbelegungserkennungssysteme umfassen Sitzbelegungssensoren, die es bekanntlich in einer Reihe von Varianten gibt, z. B. basierend auf kapazitivem Fühlen, Fühlen der Verformung oder auf dem Fühlen von Druck/Kraft. Um Anforderungen betreffend eine einfache Integrierung und eine Feldtauglichkeit zu erfüllen, wurden typischerweise gewichtsempfindliche Sitzbelegungssensoren auf der B-Fläche eines Fahrzeugsitzes angeordnet, d. h. zwischen einem Schaumkörper eines Sitzpolsters und einer Sitzschale oder Polstertragfedern des Fahrzeugsitzes.The use of vehicle seat occupancy detection systems is now widely used in vehicles, particularly passenger cars, to provide a seat occupancy signal to various devices, for example, for the purpose of a Seat Belt Reminder (SBR) or an auxiliary restraint system activation control. ARS). Seat occupancy detection systems include seat occupancy sensors, which are known to exist in a number of variations, e.g. B. based on capacitive sensing, feeling the deformation or on the feel of pressure / force. In order to meet requirements for ease of integration and field capability, weight-sensitive seat occupancy sensors have typically been placed on the B-surface of a vehicle seat, i. H. between a foam body of a seat cushion and a seat shell or cushion support springs of the vehicle seat.

Des Weiteren werden Fahrzeugsitz-Belegungserkennungssysteme bekanntlich als Mittel zur Einschätzung einer potentiellen Aktivierung eines installierten Passagierrückhaltesystems im Fahrzeug, wie eines Airbags, eingesetzt.Further, vehicle seat occupancy detection systems are known to be used as a means of assessing a potential activation of an installed passenger restraint system in the vehicle, such as an air bag.

Kapazitive Erkennungssysteme für Fahrzeuge mit kapazitiven Sensoren, die im Lademodus betrieben werden, werden auch zum Zweck der Erkennung einer Fahrzeugsitzbelegung verwendet. Die kapazitiven Sensoren können als kapazitive Messsensoren ohne Schutzelektrode mit einer einzelnen Fühlelektrode ausgeführt sein. Alternativ können sie als kapazitive Schutz-Fühlsensoren mit einer Fühlelektrode und einer Schutzelektrode, die proximal angeordnet und voneinander isoliert sind, ausgeführt sein.Capacitive detection systems for vehicles with capacitive sensors operating in charge mode are also used for the purpose of detecting a vehicle seat occupancy. The capacitive sensors can be designed as capacitive measuring sensors without a protective electrode with a single sensing electrode. Alternatively, they may be embodied as capacitive protection sensing sensors having a sensing electrode and a guard electrode disposed proximally and isolated from each other.

Es ist auf dem Fachgebiet ferner bekannt, kapazitive Sensoren und gewichtsempfindliche Sensoren in Fahrzeugsitz-Belegungserkennungssystemen zu kombinieren.It is also known in the art to combine capacitive sensors and weight sensitive sensors in vehicle seat occupancy detection systems.

Zum Beispiel beschreibt das Patent US 7,180,306 B2 ein Insassenerkennungssystem, das einen Gewichtssensor und einen elektrischen Feldsensor umfasst, die jeweils betrieblich an einen Sitz gekoppelt sind. Der elektrische Feldsensor erzeugt ein elektrisches Feld aus mindestens einer Elektrode im Boden des Sitzes, sorgt für die Erzeugung einer Reaktion auf den Einfluss des Insassen und ist dazu geeignet, die Reaktion auf den Zustand eines sitzenden Kleinkinds oder Kinds von einem anderen Sitzzustand zu unterscheiden. Falls ein Gewichtsmaß von dem Gewichtssensor unter einem Schwellenwert liegt, oder falls ein Sitzzustand eines Kindes von dem elektrischen Feldsensor erkannt wird, sorgt ein Signalprozessor für die Deaktivierung eines zugeordneten Rückhaltestellglieds. Der elektrische Feldsensor kann mehrere Elektroden über eine erste und eine zweite Region in unterschiedlicher Nähe zu einem sitzenden Kleinkind oder Kind, oder wenigstens eine Elektrode in Zusammenwirkung mit einer Abschirmung oder einem Leerraum über mindestens eine der Regionen umfassen.For example, the patent describes US Pat. No. 7,180,306 B2 an occupant detection system comprising a weight sensor and an electric field sensor, each operatively coupled to a seat. The electric field sensor generates an electric field from at least one electrode in the bottom of the seat, provides a response to the influence of the occupant, and is capable of distinguishing the response to the condition of a sitting toddler or child from a different sitting condition. If a weight reading from the weight sensor is below a threshold, or if a child's sitting condition is detected by the electric field sensor, a signal processor provides for disabling an associated restraining actuator. The electric field sensor may include a plurality of electrodes across a first and a second region in different proximity to a sitting toddler or child, or at least one electrode in cooperation with a shield or void over at least one of the regions.

Eine weitere Insassenerkennungseinrichtung mit kombinierten Sensoren zum Erkennen eines auf dem Beifahrersitz eines Fahrzeugs sitzenden Insassen ist in der Patentanmeldung US 2002/0038947 A1 beschrieben. Die Insassenerkennungseinrichtung umfasst mehrere elektrische Feldsensoren, die in einem unteren Teil und einem hinteren Teil des Sitzes vorgesehen sind, sowie einen mechanischen Lastsensor und einen Beschleunigungssensor. Die elektrischen Feldsensoren sind mit einer Steuereinheit verbunden, die einen Hochfrequenz-Oszillator, einen Widerstand, einen Spannungspuffer und einen Detektor umfasst. Antennenelektroden werden von den Selektoren ausgewählt und zwischen dem Widerstand und einem Spannungspuffer angeschlossen. Ein Analog-Digital-Wandler führt an Ausgangssignalen der ausgewählten elektrischen Feldsensoren eine Analog-Digital-Wandlung aus. Digitale Ausgangssignale der elektrischen Feldsensoren, des mechanischen Lastsensors und des Beschleunigungssensors sind an eine Zentraleinheit angeschlossen, die nach vorbestimmten Kriterien basierend auf den Sensorausgangssignalen eine Sitzbelegung bestimmt.Another occupant detection device with combined sensors for detecting a seated in the passenger seat of a vehicle occupant is in the patent application US 2002/0038947 A1 described. The occupant detection device includes a plurality of electric field sensors provided in a lower part and a rear part of the seat, and a mechanical load sensor and an acceleration sensor. The electric field sensors are connected to a control unit comprising a high-frequency oscillator, a resistor, a voltage buffer and a detector. Antenna electrodes are selected by the selectors and connected between the resistor and a voltage buffer. An analog-to-digital converter performs an analog-to-digital conversion on output signals of the selected electric field sensors. Digital output signals of the electric field sensors, the mechanical load sensor and the acceleration sensor are connected to a central unit which determines a seat occupancy according to predetermined criteria based on the sensor output signals.

Bei einer weiteren Lösung des Stands der Technik, die in dem Dokument EP 2 062 789 A1 offenbart ist, kombiniert ein Insassenerkennungssystem für einen Fahrzeugsitz einen auf Kapazität basierenden Belegungssensor und einen auf Gewicht basierenden Belegungssensor. Der auf Kapazität basierende Sensor umfasst eine Antennenanordnung und liefert ein Belegungssignal entsprechend einer Belegung des Sitzes durch einen Erwachsenen. Der auf Gewicht basierende Belegungssensor ist ein Schaltsensor, der innerhalb der Antennenanordnung des auf Kapazität basierenden Sensors integriert ist. Der Schaltsensor liefert ein Belegungssignal auch im Falle einer Belegung des Fahrzeugsitzes durch einen Erwachsenen. Das Insassenerkennungssystem umfasst ferner einen Controller, der eine Fehlernachricht sendet, wenn der auf Gewicht basierende Sensor, und nicht der auf Kapazität basierende Sensor eine Belegung erkennt.In another solution of the prior art disclosed in the document EP 2 062 789 A1 1, a vehicle seat occupant detection system combines a capacity based occupancy sensor and a weight based occupancy sensor. The capacitance-based sensor includes an antenna array and provides an occupancy signal corresponding to occupancy of the seat by an adult. The weight-based occupancy sensor is a shift sensor integrated within the capacitance-based sensor antenna assembly. The shift sensor also provides an occupancy signal in the Case of occupancy of the vehicle seat by an adult. The occupant detection system further includes a controller that sends an error message when the weight-based sensor, rather than the capacity-based sensor, detects occupancy.

Ein Nachteil bei der Verwendung von Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtungen, die allein auf kapazitiven Sensorelementen basieren, ist die Unfähigkeit, eine Sitzbelegung korrekt zu klassifizieren, wenn Fahrzeug-geerdete Gegenstände, wie zum Beispiel eine elektrische Vorrichtung, die über ein Ladekabel mit der Fahrzeugmasse verbunden ist, oder ein Kinderrückhaltesitz (Child Restraint Seat, CRS, wie ISOFIX), der durch Haken geerdet ist, die mechanisch mit einer Fahrzeugkarosserie verbunden sind, auf dem Sitz platziert werden. Die Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung basiert auf Messungen einer physikalischen Größe, zum Beispiel eines elektrischen Stroms durch das kapazitive Sensorelement oder einer komplexen Impedanz oder eines Schein-Leitwertes des kapazitiven Sensorelements, wobei die physikalische Größe für ein elektrisches Feld zwischen dem kapazitiven Sensor und der Fahrzeugkarosserie steht. Die Fahrzeugkarosserie ist elektrisch an eine Fahrzeugmasse angeschlossen. Das kapazitive Sensorelement kann auf dem oder innerhalb des Fahrzeugsitzes positioniert sein. Ein Sitzinsasse oder ein Gegenstand, der auf dem Fahrzeugsitz platziert wird, modifiziert das elektrische Feld, was zu einer Änderung der physikalischen Größe führt. Auf diese Weise kann ein Gegenstand, der an Masse angeschlossen ist, auf Grund eines relativ geringen Abstands zwischen dem kapazitiven Sensorelement und dem geerdeten Gegenstand zu einer Fehlklassifizierung durch die Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung führen.A disadvantage of using vehicle seat occupant detection and classification devices based solely on capacitive sensing elements is the inability to correctly classify seat occupancy when vehicle grounded objects, such as an electrical device, are connected to the vehicle ground via a charging cable or a child restraint seat (CRS such as ISOFIX) grounded by hooks mechanically connected to a vehicle body is placed on the seat. The vehicle seat occupant detection and classification apparatus is based on measurements of a physical quantity, for example, an electric current through the capacitive sensor element or a complex impedance or a transmittance of the capacitive sensor element, wherein the physical quantity for an electric field between the capacitive sensor and the Vehicle body is standing. The vehicle body is electrically connected to a vehicle ground. The capacitive sensor element may be positioned on or within the vehicle seat. A seat occupant or an object placed on the vehicle seat modifies the electric field, resulting in a change in the physical quantity. In this way, an article that is grounded may result in misclassification by the vehicle seat occupant detection and classification device due to a relatively small distance between the capacitive sensing element and the grounded object.

Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und -Klassifizierungsvorrichtungen, die auf mechanischen Lastsensoren basieren, können in Gegenwart eines ISOFIX CRS oder einer geerdeten elektrischen Vorrichtung gut funktionieren. Diese Gegenstände bringen kein hohes Gewicht auf den Sitz. Im Vergleich zu einer lastbasierten Widerstandsmessung hat eine kapazitive Messung die Vorteile einer einfacheren Verdrahtung und einer stabilen und reproduzierbaren Messung über einen gesamten Temperaturbereich, wie er in üblichen Fahrzeuganforderungen spezifiziert ist.Vehicle seat occupant detection and classification devices based on mechanical load sensors may perform well in the presence of an ISOFIX CRS or a grounded electrical device. These items do not add weight to the seat. Compared to load-based resistance measurement, capacitive sensing has the advantages of easier wiring and stable and reproducible measurement over a full temperature range as specified in typical vehicle requirements.

Die Notwendigkeit des Einsatzes von mechanischen Lastsensoren, um die vorstehend beschriebene Informationslücke zu schließen, erhöht den Hardwareaufwand, die Komplexität und die Kosten für solche Fahrzeugsitz-Belegungs- und Klassifizierungsvorrichtungen.The need to use mechanical load sensors to close the information gap described above increases the hardware cost, complexity, and cost of such vehicle seat occupancy and classification devices.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Es ist daher wünschenswert, ein Fahrzeugsitz-Insassenerkennungssystem zur Verfügung zu stellen, welches in der Lage ist, ohne die vorstehend beschriebenen Nachteile zuverlässig und korrekt eine Sitzbelegung zu klassifizieren.It is therefore desirable to provide a vehicle seat occupant detection system capable of reliably and correctly classifying seat occupancy without the disadvantages described above.

Allgemeine Beschreibung der ErfindungGeneral description of the invention

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch ein kapazitives Sensorelement einer Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung gelöst, wobei das kapazitive Sensorelement Folgendes umfasst:

  • - ein erstes elektrisch leitendes Antennenelement, das elektrisch an eine Kapazitäts-Messschaltung zur Bestimmung einer Kapazität des kapazitiven Sensorelements anschließbar ist,
  • - wenigstens ein zweites elektrisch leitendes Antennenelement, das ohne galvanische Verbindung miteinander angrenzend an das erste elektrisch leitende Antennenelement angeordnet ist,
  • - wenigstens ein elektrisch leitendes Überbrückungselement, das so angeordnet ist, dass es in einer spezifizierten Richtung teilweise das erste elektrisch leitende Antennenelement und das zweite elektrisch leitende Antennenelement überlappt, und
  • - wenigstens ein elastisches Abstandselement, das zumindest in der spezifizierten Richtung elastische mechanische Eigenschaften aufweist.
According to one aspect of the present invention, the object is achieved by a capacitive sensor element of a vehicle seat occupant recognition and classification device, wherein the capacitive sensor element comprises:
  • a first electrically conductive antenna element that can be electrically connected to a capacitance measuring circuit for determining a capacitance of the capacitive sensor element,
  • at least one second electrically conductive antenna element, which is arranged without galvanic connection to one another adjacent to the first electrically conductive antenna element,
  • at least one electrically conductive bridging element arranged so as to partly overlap the first electrically conductive antenna element and the second electrically conductive antenna element in a specified direction, and
  • - At least one elastic spacer element, which has elastic mechanical properties at least in the specified direction.

Das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement ist fest an dem wenigstens einen elastischen Abstandselement angebracht. Das erste elektrisch leitende Antennenelement und das zweite elektrisch leitende Antennenelement bleiben galvanisch voneinander getrennt, wenn eine mechanische Last, die kleiner als ein vorbestimmter Wert für die mechanische Last ist, in der spezifizierten Richtung an das kapazitive Sensorelement angelegt wird.The at least one electrically conductive bridging element is fixedly attached to the at least one elastic spacer element. The first electrically conductive antenna element and the second electrically conductive antenna element remain galvanically separated from each other when a mechanical load smaller than a predetermined value for the mechanical load is applied to the capacitive sensor element in the specified direction.

Ferner stellt das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement bereit, wenn eine mechanische Last, die gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert für die mechanische Last ist, in der spezifizierten Richtung an das kapazitive Sensorelement angelegt wird.Further, the at least one electrically-conductive bypass element provides at least galvanic contact between the first electrically-conductive antenna element and the second electrically-conductive antenna element when a mechanical load equal to or greater than the predetermined value for the mechanical load is in the specified direction is applied to the capacitive sensor element.

Der Begriff „in einer Richtung überlappen“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich als eine Überlappung von zwei Gegenständen, wie in dieser Richtung gesehen.The term "overlap in one direction" as used in this application is understood to be an overlap of two objects as viewed in this direction.

Die Sitzinsassenklassifizierung kann mindestens zwei Klassen aufweisen, die aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus „leer“, „Kind“ und „Erwachsener“ besteht. The seat occupant classification may include at least two classes selected from a group consisting of "empty,""child," and "adult."

Der Begriff „elektrisch verbindbar bzw. anschließbar“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, ist so zu verstehen, dass er galvanische elektrische Verbindungen ebenso wie Verbindungen, die durch eine kapazitive und/oder induktive elektromagnetische Kopplung hergestellt werden, umfasst. Der Begriff „galvanischer Kontakt“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere als ein elektrischer Kontakt, der einen Gleichstrom (Direct Current, DC) leiten kann. Im gleichen Sinne versteht sich der Begriff „galvanisch getrennt“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, insbesondere dahingehend, dass er keinen Gleichstrom (DC) zwischen galvanisch getrennten Objekten leitet.The term "electrically connectable" as used in this application is to be understood to include galvanic electrical connections as well as connections made by capacitive and / or inductive electromagnetic coupling. The term "galvanic contact" as used in this application is to be understood in particular as an electrical contact which can conduct a direct current (DC). In the same sense, the term "electrically isolated" as used in this application is understood to mean, in particular, that it does not conduct direct current (DC) between galvanically isolated objects.

Der Begriff „elastisch“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere als die Eigenschaft des Aufweisens einer reversiblen Verformung, wenn eine externe Kraft aufgebracht wird, und er soll eine reversible Verformung gemäß einem linearen und nicht-linearen Spannungs-Dehnungs-Verhalten umfassen, wie zum Beispiel Kautschuk oder Gummi.The term "elastic" as used in this application is to be understood in particular as the property of exhibiting a reversible deformation when an external force is applied, and it is intended to provide a reversible deformation according to a linear and non-linear stress-strain Include behavior such as rubber or rubber.

Der Begriff „fest angebracht“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere so, dass sich ein Gegenstand auf die gleiche Weise bewegt wie ein bewegter Gegenstand, der fest an diesem angebracht ist, und umgekehrt.The term "firmly attached" as used in this application is understood in particular to mean that an object moves in the same way as a moving object fixedly attached to it, and vice versa.

Es wird hiermit angemerkt, dass die Begriffe „erste(r/s)“, „zweite(r/s)“ usw. nur zu Unterscheidungszwecken verwendet werden und in keiner Weise eine Reihenfolge oder eine Priorität anzeigen oder vorwegnehmen sollen.It is noted that the terms "first (r)", "second (r)", etc. are used for purposes of distinction only and are not intended to indicate or anticipate any order or priority.

Der vorbestimmte Wert für die mechanische Last kann so gewählt werden, dass ein erwachsener Sitzinsasse das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement veranlasst, einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement bereitzustellen. Hierdurch wird ein gesamter empfindlicher Antennenelementbereich erhöht, was zu einem größeren Messwert der Kapazitäts-Messschaltung führt.The predetermined value for the mechanical load may be selected such that an adult seat occupant causes the at least one electrically conductive bridging element to provide galvanic contact between the first electrically conductive antenna element and the second electrically conductive antenna element. As a result, an entire sensitive antenna element area is increased, which leads to a larger measured value of the capacitance measuring circuit.

Eine elektrische Vorrichtung, die auf dem Sitzpolster platziert und an Fahrzeugmasse angeschlossen ist, veranlasst das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement nicht, einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement bereitzustellen. In ähnlicher Weise wird durch geeignetes Anordnen der Überbrückungselemente ein ISOFIX CRS auf Grund der geringen Gewichtsverteilung des CRS nicht die Überbrückungselemente auslösen. Hierdurch ist dann der gesamte empfindliche Antennenelementbereich derjenige des ersten elektrisch leitenden Antennenelements, was zu einem kleineren Messwert der Kapazitäts-Messschaltung führt.An electrical device placed on the seat cushion and connected to vehicle ground does not cause the at least one electrically conductive bypass element to provide galvanic contact between the first electrically conductive antenna element and the second electrically conductive antenna element. Similarly, by properly placing the bridging elements, an ISOFIX CRS will not initiate the bridging elements because of the low weight distribution of the CRS. As a result, the entire sensitive antenna element area is then that of the first electrically conductive antenna element, which leads to a smaller measured value of the capacitance measuring circuit.

Auf Grund des kraftabhängigen empfindlichen Antennenelementbereichs ermöglicht es das kapazitive Sensorelement daher, zwischen einem erwachsenen Sitzinsassen und zum Beispiel einer elektrischen Vorrichtung, die an die Fahrzeugmasse angeschlossen ist, oder einem ISOFIX CRS, das auf dem Sitzpolster platziert ist, zu unterscheiden.Because of the force dependent sensitive antenna element area, therefore, the capacitive sensor element allows to distinguish between an adult seat occupant and, for example, an electrical device connected to the vehicle mass or an ISOFIX CRS placed on the seat cushion.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass geerdete elektrische Vorrichtungen und ein ISOFIX CRS zu einem hohen Kapazitätswert führen könnten, aber stets eine geringe Gewichtsverteilung haben, d. h. niedrige Werte des Oberflächendrucks, der auf das kapazitive Sensorelement ausgeübt wird. Angeschnallte CRS sind normalerweise nicht an Masse angeschlossen und haben somit geringe Kapazitätswerte. Aber diese angeschnallten CRS könnten zu hohen Oberflächendrücken führen. Dies bedeutet, dass ein angeschnallter CRS das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement veranlassen kann, einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement bereitzustellen. Auf Grund der geringen Kapazitätswerte ist dies jedoch nicht problematisch. Große Kapazitätswerte in Kombination mit großen Werten des Oberflächendrucks kommen nur bei erwachsenen Sitzinsassen vor. Diese Kriterien werden genutzt, um die gewünschte Unterscheidung der Sitzbelegung zu ermöglichen. Die kapazitive Messung ist auf Bereiche mit einem hohen Oberflächendruck konzentriert und es besteht keine Notwendigkeit, die mechanische Last und Kapazität unabhängig voneinander zu erfassen.The invention is based on the recognition that grounded electrical devices and an ISOFIX CRS could result in a high capacitance value, but always have a low weight distribution, i. H. low levels of surface pressure applied to the capacitive sensing element. Strapped CRS are usually not connected to ground and therefore have low capacity values. But these strapped CRS could lead to high surface pressures. That is, a strapped CRS may cause the at least one electrically conductive bypass element to provide galvanic contact between the first electrically conductive antenna element and the second electrically conductive antenna element. However, this is not problematic due to the low capacitance values. Large capacity values in combination with high surface pressure values are only found in adult seat occupants. These criteria are used to allow the desired distinction of seat occupancy. The capacitive measurement is concentrated on areas of high surface pressure and there is no need to detect the mechanical load and capacitance independently.

Eine große Vielfalt von Kapazitäts-Messchaltungen zum Bestimmen der Kapazität des kapazitiven Sensorelements ist auf dem Fachgebiet bekannt und diese werden daher hier nicht genauer beschrieben. Jede Kapazitäts-Messchaltung, die dem Fachmann als geeignet erscheint, kann verwendet werden.A wide variety of capacitance sensing circuits for determining the capacitance of the capacitive sensing element are known in the art and therefore will not be described in detail herein. Any capacitance sensing circuit that appears appropriate to those skilled in the art may be used.

Der Begriff „Bestimmen einer Kapazität“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, ist so zu verstehen, dass er eine absolute Messung eines Kapazitätswertes sowie eine Messung eines Kapazitätswertes relativ zu einer willkürlich bestimmten Kapazität null umfasst.The term "determining a capacitance" as used in this application is to be understood to include an absolute measurement of a capacitance value as well as a measurement of a capacitance value relative to an arbitrarily determined capacitance zero.

Vorzugsweise wird der mindestens eine kapazitive Sensor im Lademodus betrieben. Der Begriff „Lademodus“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, ist insbesondere als ein Modus zum Messen eines Verschiebungsstroms zu verstehen, der durch das Vorliegen eines geerdeten Objekts in der Nähe einer einzelnen Fühlelektrode bewirkt wird (vgl. J. Smith et al., Electric field sensing for graphical interfaces, IEEE Comput. Graph. Appl., 18(3):54-60, 1998 ). Im Allgemeinen wird auch in Betracht gezogen, bei manchen Ausführungsformen den mindestens einen kapazitiven Sensor im Sendemodus oder im Parallelmodus zu betreiben. Diese beiden Modi werden auch in dem vorstehend erwähnten Artikel beschrieben, der hier durch Bezugnahme einbezogen sein soll.Preferably, the at least one capacitive sensor is operated in the charging mode. The term "Charge mode" as used in this application is to be understood in particular as a mode for measuring a displacement current caused by the presence of a grounded object in the vicinity of a single sensing electrode (see FIG. J. Smith et al., Electric field sensing for graphical interfaces, IEEE Comput. Graph. Appl., 18 (3): 54-60, 1998 ). In general, it is also contemplated to operate the at least one capacitive sensor in transmit mode or in parallel mode in some embodiments. These two modes are also described in the aforementioned article, which is incorporated herein by reference.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des kapazitiven Sensorelements hat wenigstens eines von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement eine planare Gestalt und ist auf einer planaren Oberfläche eines elektrisch isolierenden Trägerelements angeordnet und angebracht. Auf diese Weise kann eine einfache Gestalt des kapazitiven Sensorelements erreicht werden.In a preferred embodiment of the capacitive sensing element, at least one of the first electrically conductive antenna element and the second electrically conductive antenna element has a planar shape and is disposed and mounted on a planar surface of an electrically insulating support member. In this way, a simple shape of the capacitive sensor element can be achieved.

Falls mindestens eines von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement als elektrisch leitender Streifen ausgebildet ist, der fest auf einer Oberfläche eines elektrisch isolierenden Substrats angebracht ist, kann eine zuverlässige und kosteneffektive Ausführungsform des kapazitiven Sensorelements mit geringen Herstellungstoleranzmargen bereitgestellt werden.If at least one of the first electrically conductive antenna element and the second electrically conductive antenna element is formed as an electrically conductive strip fixedly mounted on a surface of an electrically insulating substrate, a reliable and cost effective embodiment of the capacitive sensor element with low manufacturing tolerance margins can be provided.

Bei manchen Ausführungsformen kann das elektrisch isolierende Substrat durch ein Leiterplattensubstrat gebildet sein, und das erste elektrisch leitende Antennenelement und das zweite elektrisch leitende Antennenelement sind aus leitfähigen Schichten, z. B. Metallschichten gebildet, die zum Beispiel unter Verwendung eines Ätzprozesses auf das Leiterplattensubstrat laminiert sind. In anderen Ausführungsformen kann das elektrisch isolierende Substrat durch eine Polymerlage oder -folie gebildet sein, und das erste elektrisch leitende Antennenelement und das zweite elektrisch leitende Antennenelement sind aus einem leitfähigen Material gebildet, z. B. einem leitfähigen Graphitmaterial oder einem Metall oder einem leitfähigen Polymer, das auf dem Substrat abgelagert oder aufgedruckt wird.In some embodiments, the electrically insulating substrate may be formed by a printed circuit substrate, and the first electrically conductive antenna element and the second electrically conductive antenna element are made of conductive layers, e.g. For example, metal layers are formed which are laminated to the printed circuit substrate using, for example, an etching process. In other embodiments, the electrically insulating substrate may be formed by a polymer sheet or foil, and the first electrically conductive antenna element and the second electrically conductive antenna element are formed of a conductive material, e.g. A conductive graphite material or a metal or a conductive polymer deposited or printed on the substrate.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des kapazitiven Sensorelements umfasst ein Bereich, der von dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement eingefasst ist, einen Bereich, der von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement eingefasst ist. Der Begriff „von einem Gegenstand eingefasster Bereich“, wie er in dieser Anmeldung verwendet wird, versteht sich insbesondere als ein Bereich des kleinsten regelmäßigen Vierecks, das den Gegenstand in der spezifizierten Richtung vollständig bedeckt. Auf diese Weise kann eine kompakte Gestalt des kapazitiven Sensorelements erreicht werden.In another preferred embodiment of the capacitive sensing element, a region enclosed by the second electrically conductive antenna element comprises a region enclosed by the first electrically conductive antenna element. The term "object-enclosed area" as used in this application is to be understood in particular as an area of the smallest regular quadrilateral that completely covers the object in the specified direction. In this way, a compact shape of the capacitive sensor element can be achieved.

In noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das kapazitive Sensorelement ferner ein drittes elektrisch leitendes Antennenelement, das angrenzend ohne galvanische Verbindung zu dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement angeordnet ist.In yet another preferred embodiment, the capacitive sensor element further comprises a third electrically conductive antenna element, which is disposed adjacent without galvanic connection to the first electrically conductive antenna element and the second electrically conductive antenna element.

Das erste elektrisch leitende Antennenelement bildet eine einzelne Schleife. Ein Bereich, der von dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement eingefasst ist, umfasst einen Bereich, der von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement eingefasst ist. Ein Bereich, der von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement eingefasst ist, umfasst einen Bereich, der von dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement eingefasst ist.The first electrically conductive antenna element forms a single loop. A region enclosed by the second electrically conductive antenna element includes a region enclosed by the first electrically conductive antenna element. A region enclosed by the first electrically conductive antenna element includes a region enclosed by the third electrically conductive antenna element.

Das erste elektrisch leitende Antennenelement und das dritte elektrisch leitende Antennenelement bleiben galvanisch voneinander getrennt, wenn eine mechanische Last, die unterhalb eines vorbestimmten Wertes für die mechanische Last liegt, in der spezifizierten Richtung auf das kapazitive Sensorelement aufgebracht wird.The first electrically conductive antenna element and the third electrically conductive antenna element remain galvanically separated from each other when a mechanical load which is below a predetermined value for the mechanical load is applied to the capacitive sensor element in the specified direction.

Das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement stellt wenigstens eine galvanische Verbindung / einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement und dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement bereit, wenn eine mechanische Last, die gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert für die mechanische Last ist, in der spezifizierten Richtung auf das kapazitive Sensorelement aufgebracht wird. Auf diese Weise kann eine sehr kompakte Gestalt des kapazitiven Sensorelements mit einem großen Unterschied zwischen einem gesamten empfindlichen Antennenbereich an einer aufgebrachten mechanischen Last unterhalb des vorbestimmten Wertes und einem gesamten empfindlichen Antennenbereich an einer aufgebrachten mechanischen Last gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert erreicht werden.The at least one electrically conductive bridging element provides at least one of galvanic connection / galvanic contact between the first electrically conductive antenna element and the third electrically conductive antenna element when a mechanical load equal to or greater than the predetermined value for the mechanical load the specified direction is applied to the capacitive sensor element. In this way, a very compact shape of the capacitive sensing element can be achieved with a large difference between an entire sensitive antenna area at an applied mechanical load below the predetermined value and an entire sensitive antenna area at an applied mechanical load equal to or greater than the predetermined value.

Bei manchen Ausführungsformen kann die einzelne Schleife, die von dem ersten Antennenelement gebildet wird, eine elliptische, insbesondere kreisförmige Gestalt aufweisen, oder sie kann eine rechteckige, insbesondere quadratische Gestalt aufweisen.In some embodiments, the single loop formed by the first antenna element may have an elliptical, in particular circular shape, or it may have a rectangular, in particular square shape.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das kapazitive Sensorelement

  • - mehrere zweite elektrisch leitende Antennenelemente, die in einer Ebene angeordnet sind und angrenzend an das erste elektrisch leitende Antennenelement ohne galvanische Verbindung miteinander und ohne galvanische Verbindung zum ersten elektrisch leitenden Antennenelement angeordnet sind,
  • - mehrere elektrisch leitende Überbrückungselemente, die jeweils so angeordnet sind, dass sie teilweise das erste elektrisch leitende Antennenelement und zumindest eines von den zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen in der spezifizierten Richtung überlappen, und
  • - mehrere elastische Abstandselemente, die zumindest in der spezifizierten Richtung elastische mechanische Eigenschaften aufweisen.
In a further preferred embodiment, the capacitive sensor element comprises
  • - a plurality of second electrically conductive antenna elements, which are arranged in a plane and are arranged adjacent to the first electrically conductive antenna element without galvanic connection with one another and without galvanic connection to the first electrically conductive antenna element,
  • - A plurality of electrically conductive bridging elements, each arranged so that they partially overlap the first electrically conductive antenna element and at least one of the second electrically conductive antenna elements in the specified direction, and
  • - Several elastic spacer elements, which have elastic mechanical properties at least in the specified direction.

Jedes von den mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen ist fest an einem der mehreren elastischen Abstandselemente angebracht.Each of the plurality of electrically conductive bridging elements is fixedly attached to one of the plurality of elastic spacers.

Das erste elektrisch leitende Antennenelement und ein spezifisches von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen, die teilweise von einem spezifischen von den mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen überlappt sind, bleiben galvanisch voneinander getrennt, wenn eine mechanische Last, die kleiner als ein spezifischer vorbestimmter Wert für die mechanische Last ist, in der spezifizierten Richtung an das spezifische eine von den mehreren elastischen Abstandselementen angelegt wird, an dem das spezifische eine der mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselemente fest angebracht ist.The first electrically conductive antenna element and a specific one of the plurality of second electrically conductive antenna elements partially overlapped by a specific one of the plurality of electrically conductive bridging elements remain galvanically separated from each other when a mechanical load smaller than a specific predetermined value for the mechanical one Load is applied in the specified direction to the specific one of the plurality of elastic spacers to which the specific one of the plurality of electrically conductive bridging members is fixedly mounted.

Das spezifische eine von den mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen stellt wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement und dem spezifischen einen von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen, die es teilweise überlappt, bereit, wenn eine mechanische Last gleich dem oder größer als der spezifische vorbestimmte Wert für die mechanische Last in der spezifizierten Richtung auf das spezifische eine der mehreren elastischen Abstandselemente, an dem das spezifische eine der mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen fest angebracht ist, aufgebracht wird.The specific one of the plurality of electrically conductive bypass elements provides at least galvanic contact between the first electrically conductive antenna element and the specific one of the plurality of second electrically conductive antenna elements that partially overlaps it when a mechanical load equal to or greater than the specific one predetermined value for the mechanical load in the specified direction to the specific one of the plurality of elastic spacers, to which the specific one of the plurality of electrically conductive bridging elements is fixedly mounted, is applied.

Auf diese Weise ist die kapazitive Messung auf Bereiche mit hohem Oberflächendruck konzentriert. Es ist unnötig, die aufgebrachte mechanische Last und Kapazität unabhängig voneinander zu messen, um eine Fehlklassifizierung von Gegenständen, wie den ISOFIX CRS und elektronische Vorrichtungen, die an Masse angeschlossen sind, zu vermeiden. Es sei angemerkt, dass in Abhängigkeit von der Konfiguration und Anordnung der mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente und der entsprechenden Überbrückungselemente ein CRS einige der sekundären Antennenelemente aktivieren könnte, jedoch niemals alle Überbrückungselemente aktivieren wird.In this way, the capacitive measurement is concentrated on areas of high surface pressure. It is unnecessary to independently measure the applied mechanical load and capacitance to avoid misclassification of objects such as ISOFIX CRS and electronic devices connected to ground. It should be noted that depending on the configuration and arrangement of the plurality of second electrically conductive antenna elements and the corresponding bridging elements, a CRS could activate some of the secondary antenna elements, but will never activate all the bridging elements.

Der Vorteil dieses Systems ist wie folgt: CRS haben entweder eine hohe Gewichtsverteilung oder eine hohe Kapazität. Angeschnallte CRS sind normalerweise nicht an Masse angeschlossen, also haben sie eine geringe Kapazität. Sie haben jedoch ein hohes Gewicht und aktivieren einige oder alle Überbrückungselemente. ISOFIX CRS können auf Grund einer Erdung eine hohe Kapazität haben, aber sie sind durch die ISOFIX-Haken befestigt, also haben sie eine geringe Gewichtsverteilung und bewirken nur durch sehr wenige Überbrückungselemente eine Überbrückung. Somit wird die Empfindlichkeit des kapazitiven Sensorelements automatisch durch die Aktivierung der Überbrückungselemente abgestimmt, so dass eine Unterscheidung zwischen erwachsenen Sitzinsassen und ISOFIX-CRS-Sitzen ermöglicht wird.The advantage of this system is as follows: CRS have either a high weight distribution or a high capacity. Strapped CRS are not normally connected to ground, so they have a low capacity. However, they are heavy and activate some or all of the bridging elements. ISOFIX CRS can have a high capacity due to grounding, but they are fastened by the ISOFIX hooks, so they have a low weight distribution and bridging only by very few bridging elements. Thus, the sensitivity of the capacitive sensing element is automatically tuned by the activation of the bridging elements, thus allowing discrimination between adult seat occupants and ISOFIX CRS seats.

Bei manchen bevorzugten Ausführungsformen umfasst das kapazitive Sensorelement ferner eine elektrisch leitende Schutzelektrode, die proximal an dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement, dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement oder den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen und, falls zutreffend, dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement angeordnet und von diesen galvanisch isoliert ist. Die elektrisch leitende Schutzelektrode überlappt in der spezifizierten Richtung im Wesentlichen den Bereich, der von einem von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement, dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement oder den mehreren der zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente und, falls zutreffend, dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement eingefasst ist.In some preferred embodiments, the capacitive sensing element further comprises an electrically conductive guard electrode disposed proximate the first electrically conductive antenna element, the second electrically conductive antenna element or the plurality of second electrically conductive antenna elements and, if applicable, the third electrically conductive antenna element and galvanically therefrom is isolated. The electrically conductive protection electrode substantially overlaps in the specified direction the region enclosed by one of the first electrically conductive antenna element, the second electrically conductive antenna element or the plurality of second electrically conductive antenna elements and, if applicable, the third electrically conductive antenna element.

Auf diese Weise kann ein kapazitives Sensorelement bereitgestellt werden, das als kapazitives Schutz-Fühl-Sensorelement eingesetzt werden kann. Die Technik des „Schutzes“ ist auf dem Fachgebiet allgemein bekannt und wird häufig zum bewussten Maskieren und somit Formen eines Empfindlichkeitszustands eines kapazitiven Sensorelements verwendet. Hierfür ist die Kapazitäts-Messschaltung dafür ausgelegt, die Schutzelektrode auf dem gleichen elektrischen Potential zu halten wie das erste elektrisch leitende Antennenelement.In this way, a capacitive sensor element can be provided, which can be used as a capacitive protection sensing sensor element. The technique of "protection" is well known in the art and is often used for deliberately masking and thus shaping a sensitivity state of a capacitive sensing element. For this purpose, the capacitance measuring circuit is designed to hold the protective electrode at the same electrical potential as the first electrically conductive antenna element.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung zur Verfügung gestellt, die wenigstens eine Ausführungsform des offenbarten kapazitiven Sensorelements, eine Kapazitäts-Messschaltung zur Bestimmung einer Kapazität des kapazitiven Sensorelements und eine Auswerteeinheit, die dafür ausgelegt ist, ein Ausgangssignal von der Kapazitäts-Messschaltung zu empfangen und basierend auf einem Pegel des empfangenen Ausgangssignals und mindestens einem vorbestimmten Schwellenwert des Ausgangssignals eine Sitzinsassenklassifizierung bereitzustellen, umfasst.According to another aspect of the invention, there is provided a vehicle seat occupant detection and classification apparatus including at least one embodiment of the disclosed capacitive sensing element, a capacitance measuring circuit for determining a vehicle occupant Capacitance of the capacitive sensing element and an evaluation unit configured to receive an output signal from the capacitance measuring circuit and to provide a seat occupant classification based on a level of the received output signal and at least a predetermined threshold value of the output signal.

Auf diese Weise gelten die durch das offenbarte kapazitive Sensorelement bereitgestellten Vorteile auch für die Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung.In this way, the advantages provided by the disclosed capacitive sensing element also apply to the vehicle seat occupant detection and classification device.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeugsitz zur Verfügung gestellt, welcher eine Sitzstruktur zum Errichten des Fahrzeugsitzes auf einem Fahrgastraumboden des Fahrzeugs, ein Sitzpolster mit wenigstens einem Sitzschaumelement, eine Sitzgrundfläche, die von der Sitzstruktur unterstützt wird und dafür ausgelegt ist, das Sitzpolster aufzunehmen, wobei die Sitzgrundfläche und das Sitzpolster dafür vorgesehen sind, ein Gesäß eines Sitzinsassen zu unterstützen, eine Rückenlehne, die zum Unterstützen eines Rückens des Sitzinsassen vorgesehen ist, und eine Ausführungsform des offenbarten Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungssystems umfasst.According to another aspect of the invention, there is provided a vehicle seat comprising a seat structure for erecting the vehicle seat on a passenger compartment floor of the vehicle, a seat cushion having at least a seat foam member, a seat base supported by the seat structure, and adapted to receive the seat cushion wherein the seat base and seat cushion are adapted to support a buttocks of a seat occupant, a seat back intended to support a back of the seat occupant, and an embodiment of the disclosed vehicle seat occupant detection and classification system.

Auf diese Weise gelten die durch das offenbarte kapazitive Sensorelement bereitgestellten Vorteile auch für den Fahrzeugsitz.In this way, the advantages provided by the disclosed capacitive sensor element also apply to the vehicle seat.

Figurenlistelist of figures

Weitere Einzelheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von nicht einschränkenden Ausführungsformen mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, wobei:

  • 1 in einer kombinierten Perspektiv- und teilweisen Explosionsansicht schematisch einen Fahrzeugsitz und eine Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung zeigt, die ein kapazitives Sensorelement gemäß der Erfindung umfasst;
  • 2 schematisch Einzelheiten des kapazitiven Sensorelements gemäß 1 in einer Explosionsansicht zeigt;
  • 3a eine schematische Draufsicht des kapazitiven Sensorelements gemäß den 1 und 2 in einem mechanisch unbelasteten Zustand ist,
  • 3b eine schematische Querschnittsansicht eines Ausschnitts des kapazitiven Sensorelements in dem mechanisch unbelasteten Zustand ist,
  • 4a eine schematische Draufsicht des kapazitiven Sensorelements gemäß den 1 und 2 in einem Zustand des Aufbringens einer mechanischen Kraft, die größer als ein vorbestimmter Wert ist, ist,
  • 4b eine schematische Querschnittsansicht des Ausschnitts des kapazitiven Sensorelements in dem Zustand des Aufbringens einer mechanischen Kraft, die größer als der vorbestimmte Wert ist, ist,
  • 5 eine schematische Draufsicht einer alternativen Ausführungsform eines kapazitiven Sensorelements gemäß der Erfindung ist,
  • 6 Fühlteile der alternativen Ausführungsform des kapazitiven Sensorelements gemäß 5 in drei verschiedenen mechanischen Lastsituationen veranschaulicht,
  • 7 die Aktivierung der Fühlteile des kapazitiven Sensorelements gemäß 5 für einen von einem ISOFIX CRS belegten Sitz veranschaulicht, und
  • 8 die Aktivierung der Fühlteile des kapazitiven Sensorelements gemäß 5 für einen von einem angeschnallten CRS belegten Sitz veranschaulicht.
Further details and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of non-limiting embodiments with reference to the accompanying drawings, in which:
  • 1 in a combined perspective and partial exploded view schematically shows a vehicle seat and a vehicle seat occupant recognition and classification device comprising a capacitive sensor element according to the invention;
  • 2 schematically details of the capacitive sensor element according to 1 in an exploded view;
  • 3a a schematic plan view of the capacitive sensor element according to the 1 and 2 is in a mechanically unloaded state,
  • 3b FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a section of the capacitive sensor element in the mechanically unloaded state; FIG.
  • 4a a schematic plan view of the capacitive sensor element according to the 1 and 2 in a state of applying a mechanical force greater than a predetermined value,
  • 4b a schematic cross-sectional view of the section of the capacitive sensor element in the state of applying a mechanical force that is greater than the predetermined value,
  • 5 is a schematic plan view of an alternative embodiment of a capacitive sensor element according to the invention,
  • 6 Sensing parts of the alternative embodiment of the capacitive sensor element according to 5 illustrated in three different mechanical load situations,
  • 7 the activation of the sensing parts of the capacitive sensor element according to 5 for a seat occupied by an ISOFIX CRS, and
  • 8th the activation of the sensing parts of the capacitive sensor element according to 5 for a seat occupied by a strapped CRS.

Beschreibung von bevorzugten AusführungsformenDescription of preferred embodiments

Nachstehend werden Ausführungsformen von kapazitiven Sensorelementen gemäß der Erfindung offenbart. Die individuellen Ausführungsformen werden mit Bezug auf eine besondere Figur beschrieben und sind durch eine vorangestellte Zahl der besonderen Ausführungsform gekennzeichnet. Merkmale, deren Funktion in allen Ausführungsformen die gleiche oder grundsätzlich die gleiche ist, sind durch Bezugszeichen gekennzeichnet, die aus der vorangestellten Zahl der Ausführungsform, auf die es sich bezieht, gefolgt von der Zahl des Merkmals gebildet. Falls ein Merkmal einer Ausführungsform in der entsprechenden Schilderung der Figur nicht beschrieben ist oder ein Bezugszeichen, das in einer Schilderung der Figur erwähnt ist, in der Figur selbst nicht gezeigt ist, wird stattdessen auf die Beschreibung einer vorausgehenden Ausführungsform verwiesen.Embodiments of capacitive sensing elements according to the invention will now be disclosed. The individual embodiments will be described with reference to a particular figure and are indicated by a prefixed number of the particular embodiment. Features whose function is the same or basically the same in all embodiments are identified by reference numerals formed from the prefixed number of the embodiment to which it refers, followed by the number of the feature. If a feature of an embodiment is not described in the corresponding description of the figure, or a reference numeral mentioned in a description of the figure is not shown in the figure itself, reference is made instead to the description of a preceding embodiment.

1 veranschaulicht schematisch (nicht maßstabsgetreu) einen Fahrzeugsitz 10 mit einer installierten Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung 18, die ein kapazitives Sensorelement 130 gemäß der Erfindung umfasst, in einer kombinierten Perspektiv- und teilweisen Explosionsansicht. 1 schematically illustrates (not to scale) a vehicle seat 10 with an installed vehicle seat occupant detection and classification device 18 , which is a capacitive sensor element 130 according to the invention, in a combined perspective and partial exploded view.

Der Fahrzeugsitz 10 ist durch einen Sitz eines Personenkraftwagens gebildet und umfasst eine (nicht gezeigte) Sitzstruktur, durch die er auf einem Fahrgastraumboden des Personenkraftwagens errichtet ist, wie es auf dem Fachgebiet allgemein bekannt ist. Der Fahrzeugsitz 10 umfasst ferner eine Sitzgrundfläche, die von der Sitzstruktur getragen wird und dafür ausgelegt ist, ein Sitzpolster 12 aufzunehmen, um dem Sitzinsassen Komfort zu bieten. Das Sitzpolster 12 des Fahrzeugsitzes 10 umfasst ein Sitzschaumelement und einen Stoffüberzug, der in 1 weggelassen ist. Die Sitzgrundfläche und das Sitzpolster 12 sind zum Stützen eines Gesäßes des Sitzinsassen vorgesehen. Eine Rückenlehne 16 des Fahrzeugsitzes 10 ist zum Stützen eines Rückens des Sitzinsassen vorgesehen.The vehicle seat 10 is formed by a seat of a passenger car and includes a seat structure (not shown) by which it is erected on a passenger compartment floor of the passenger car, as is well known in the art. The vehicle seat 10 further includes a seat base supported by the seat structure and configured to seat a seat cushion 12 to accommodate the seat occupant comfort. The seat cushion 12 of the vehicle seat 10 comprises a seat foam element and a fabric cover, which in 1 is omitted. The seat base and the seat cushion 12 are intended for supporting a buttocks of the seat occupant. A backrest 16 of the vehicle seat 10 is intended for supporting a back of the seat occupant.

Das Sitzpolster 12 umfasst eine obere Oberfläche (A-Fläche 14) und eine Bodenfläche (B-Fläche). Die Sitzgrundfläche hat eine obere Oberfläche zur Aufnahme des Sitzpolsters 12, so dass die B-Fläche des Sitzpolsters 12 in mechanischem Kontakt mit der oberen Oberfläche der Sitzgrundfläche steht. Eine hintere Kante des Sitzpolsters 12 ist proximal zur Rückenlehne 16, und eine vordere Kante des Sitzpolsters 12, die vorgesehen ist, um einen unteren Schenkelbereich eines erwachsenen Sitzinsassen zu stützen, ist distal zur Rückenlehne 16.The seat cushion 12 includes an upper surface (A-surface 14 ) and a bottom surface (B surface). The seat base has an upper surface for receiving the seat cushion 12 so that the B-surface of the seat cushion 12 is in mechanical contact with the upper surface of the seat base. A rear edge of the seat cushion 12 is proximal to the backrest 16 , and a front edge of the seat cushion 12 , which is intended to support a lower leg portion of an adult seat occupant, is distal to the backrest 16 ,

Die Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung 18 umfasst das kapazitive Sensorelement 130, eine Kapazitäts-Messschaltung 20 zum Bestimmen einer Kapazität des kapazitiven Sensorelements 130 und eine Auswerteeinheit 26. Das kapazitive Sensorelement 130 befindet sich auf der A-Fläche 14 des Sitzpolsters 12 unter dem Stoffüberzug. Die Kapazitäts-Messschaltung 20 und die Auswerteeinheit 26 sind in dem Fahrzeug vom Fahrzeugsitz 10 entfernt installiert.The vehicle seat occupant detection and classification device 18 includes the capacitive sensor element 130, a capacitance measuring circuit 20 for determining a capacitance of the capacitive sensor element 130 and an evaluation unit 26 , The capacitive sensor element 130 is located on the A-surface 14 of the seat cushion 12 under the fabric cover. The capacitance measuring circuit 20 and the evaluation unit 26 are in the vehicle from the vehicle seat 10 remotely installed.

Die Kapazitäts-Messschaltung 20 umfasst eine Signalerzeugungseinheit 22 zum Erzeugen eines periodischen, zeitabhängigen Signals, das an das kapazitive Sensorelement 130 anzulegen ist, und eine Fühlschaltung 24 zum Fühlen einer physikalischen Größe, die eine Kapazität des kapazitiven Sensorelements 130 anzeigt.The capacitance measuring circuit 20 includes a signal generation unit 22 for generating a periodic time-dependent signal indicative of the capacitive sensor element 130 is to be applied, and a sensing circuit 24 for sensing a physical quantity that is a capacitance of the capacitive sensing element 130 displays.

Die Auswerteeinheit 26 ist dafür ausgelegt, ein Ausgangssignal von der Kapazitäts-Messschaltung 20 zu empfangen, das eine Kapazität des kapazitiven Sensorelements 130 als Eingangssignal anzeigt, und ist dafür ausgelegt, basierend auf einem Pegel des empfangenen Eingangssignals und zwei distinkten vorbestimmten Schwellenwerten für das Eingangssignal eine Sitzinsassenklassifizierung bereitzustellen. Die Sitzinsassenklassifizierung umfasst die Belegungsklassen „leer“, „Kind“ und „Erwachsener“. Die Auswerteeinheit 26 ist ferner dafür ausgelegt, ein Ausgangssignal 28 zu erzeugen, das eine Sitzbelegungsklassifizierung anzeigt. Das von der Auswerteeinheit 26 erzeugte Ausgangssignal 28 wird zum Zwecke der Airbag-Aktivierungssteuerung über eine CAN-Kommunikationsverbindung 56 einer Airbag-Steuereinheit 58 des Fahrzeugs zugeführt. Zum Beispiel wird, falls das übertragene Ausgangssignal 28 die Belegungsklasse „Erwachsener“ darstellt, ein Airbag des Fahrzeugsitzes 10 eingesetzt.The evaluation unit 26 is designed to receive an output signal from the capacitance measuring circuit 20 to receive the capacitance of the capacitive sensor element 130 is indicative of an input signal and is configured to provide seat occupant classification based on a level of the received input signal and two distinct predetermined threshold values for the input signal. The seat occupant classification includes the occupancy classes "empty", "child" and "adult". The evaluation unit 26 is further configured to provide an output signal 28 to generate a seat occupancy classification. That of the evaluation unit 26 generated output signal 28 is used for the purpose of airbag activation control via a CAN communication link 56 an airbag control unit 58 supplied to the vehicle. For example, if the transmitted output signal 28 the occupancy class "adult" represents an airbag of the vehicle seat 10 used.

Nun mit Bezug auf die 2, 3a und 3b umfasst das kapazitive Sensorelement 130 ein erstes elektrisch leitendes Antennenelement 132, ein zweites elektrisch leitendes Antennenelement 134 und ein drittes elektrisch leitendes Antennenelement 136. Das erste elektrisch leitende Antennenelement 132, das zweite elektrisch leitende Antennenelement 134 und das dritte elektrisch leitende Antennenelement 136 haben eine planare Ausführung und sind auf einer planaren Oberfläche eines elektrisch isolierenden Trägerelements 138 angeordnet und an dieser angebracht.Well with respect to the 2 . 3a and 3b includes the capacitive sensor element 130 a first electrically conductive antenna element 132 , a second electrically conductive antenna element 134 and a third electrically conductive antenna element 136 , The first electrically conductive antenna element 132 , the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 have a planar design and are on a planar surface of an electrically insulating support element 138 arranged and attached to this.

Das erste elektrisch leitende Antennenelement 132 ist durch einen (im Vergleich zu einer lateralen Erstreckung des elektrisch leitenden Antennenelements) schmalen Metallstreifen gebildet, der als einzelne rechteckige Schleife geformt ist und zwei Anschlussklemmen 144 an Enden der Schleife umfasst, durch die er elektrisch an die Kapazitäts-Messschaltung 20 angeschlossen ist. Das zweite elektrisch leitende Antennenelement 134 ist als ein U-förmiger Metallstreifen geformt und derart angrenzend an das erste elektrisch leitende Antennenelement 132 angeordnet, dass die offene Seite des U zu den zwei Anschlussklemmen 144 des ersten elektrisch leitenden Antennenelements 132 weist. Das dritte elektrisch leitende Antennenelement 136 ist als rechteckiges Stück Metallblech gebildet, das angrenzend sowohl an das erste elektrisch leitende Antennenelement 132 als auch das zweite elektrisch leitende Antennenelement 134 angeordnet ist, so dass die einzelne Schleife des ersten elektrisch leitenden Antennenelements 132 nahezu vollständig das dritte elektrisch leitende Antennenelement 136 umgibt, und das rechteckige Stück von Metallblech, das das dritte elektrisch leitende Antennenelement 136 bildet, innerhalb der U-Form des zweiten elektrisch leitenden Antennenelements 134 angeordnet ist.The first electrically conductive antenna element 132 is formed by a (compared to a lateral extent of the electrically conductive antenna element) narrow metal strip which is formed as a single rectangular loop and two terminals 144 at the ends of the loop, through which it connects electrically to the capacitance measuring circuit 20 connected. The second electrically conductive antenna element 134 is formed as a U-shaped metal strip and so adjacent to the first electrically conductive antenna element 132 arranged that the open side of the U to the two terminals 144 of the first electrically conductive antenna element 132 has. The third electrically conductive antenna element 136 is formed as a rectangular piece of sheet metal, which is adjacent both to the first electrically conductive antenna element 132 as well as the second electrically conductive antenna element 134 is arranged so that the single loop of the first electrically conductive antenna element 132 almost completely the third electrically conductive antenna element 136 surrounds, and the rectangular piece of sheet metal, which is the third electrically conductive antenna element 136 forms, within the U-shape of the second electrically conductive antenna element 134 is arranged.

Somit umfasst ein Bereich, der von dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement 134 eingefasst ist, einen Bereich, der von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 132 eingefasst ist, der wiederum einen Bereich umfasst, der von dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement 136 eingefasst ist, was zu einer kompakten Installationsfläche des kapazitiven Sensorelements 130 führt.Thus, an area formed by the second electrically conductive antenna element 134 is enclosed, a region of the first electrically conductive antenna element 132 in turn, which in turn comprises a region which is of the third electrically conductive antenna element 136 is enclosed, resulting in a compact installation surface of the capacitive sensor element 130 leads.

Wie es am besten aus den 3a und 3b ersichtlich ist, umfassen das erste elektrisch leitende Antennenelement 132, das zweite elektrisch leitende Antennenelement 134 und das dritte elektrisch leitende Antennenelement 136 keine galvanische Verbindung miteinander.As it's best from the 3a and 3b can be seen, include the first electrically conductive antenna element 132 , the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 no galvanic connection with each other.

Das erste elektrisch leitende Antennenelement 132, das zweite elektrisch leitende Antennenelement 134 und das dritte elektrisch leitende Antennenelement 136 werden problemlos durch Aufbringen eines elektrisch leitenden Materials auf eine obere Oberfläche 140 des elektrisch isolierenden Trägerelements 138 gebildet, das als elektrisch isolierendes Substrat gebildet ist, welches als Polyethylenterephthalat-(PET)-Lage gestaltet ist. Die Bodenfläche des elektrisch isolierenden Trägerelements 138 ist mit einer elektrisch leitenden Schicht ausgerüstet, die auf der PET-Lage angebracht und dafür ausgelegt ist, als Schutzelektrode 142 zu dienen. Das elektrisch leitende Material der Antennenelemente und/oder der Schutzelektrode, z. B. ein Metall oder ein Graphitmaterial oder ein elektrisch leitendes Polymer, können z. B. durch Drucken, Ablagern, Laminieren oder irgendeine andere geeignete Aufbringungstechnik auf das Substrat aufgebracht werden. The first electrically conductive antenna element 132 , the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 be easily by applying an electrically conductive material to an upper surface 140 the electrically insulating carrier element 138 formed as an electrically insulating substrate, which is designed as a polyethylene terephthalate (PET) layer. The bottom surface of the electrically insulating carrier element 138 is equipped with an electrically conductive layer which is mounted on the PET layer and designed as a protective electrode 142 to serve. The electrically conductive material of the antenna elements and / or the guard electrode, z. As a metal or a graphite material or an electrically conductive polymer, z. By printing, deposition, laminating or any other suitable deposition technique on the substrate.

Die Schutzelektrode 142 ist proximal angeordnet und von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 132, dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement 134 und dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement 136 isoliert. Die elektrisch leitende Schutzelektrode 142 überlappt in einer spezifizierten Richtung 54, die in Richtung zur oberen Oberfläche 140 des elektrisch isolierenden Trägerelements 138 und senkrecht zu diesem angeordnet ist, im Wesentlichen den Bereich, der von einem von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 132, dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement 134 und dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement 136 eingefasst ist.The protection electrode 142 is disposed proximally and from the first electrically conductive antenna element 132 , the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 isolated. The electrically conductive protection electrode 142 overlaps in a specified direction 54 Towards the upper surface 140 the electrically insulating carrier element 138 and disposed perpendicularly to it, substantially the region of one of the first electrically conductive antenna element 132 , the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 is enclosed.

Außerdem umfasst das kapazitive Sensorelement 130 vier elektrisch leitende Überbrückungselemente 146, die jeweils so angeordnet sind, dass sie das erste elektrisch leitende Antennenelement 132, das zweite elektrisch leitende Antennenelement 134 und das dritte elektrisch leitende Antennenelement 136 in der spezifizierten Richtung 154 teilweise überlappen.In addition, the capacitive sensor element comprises 130 four electrically conductive bridging elements 146 , which are respectively arranged to be the first electrically conductive antenna element 132 , the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 in the specified direction 154 partially overlap.

Hierfür ist jedes der elektrisch leitenden Überbrückungselemente 146 als kreisförmiger Metallring ausgebildet, der in Bezug auf eine Richtung entgegengesetzt zur spezifizierten Richtung 54 über einer Ecke der vier Ecken der einzelnen elektrisch leitenden Schleife des ersten elektrisch leitenden Antennenelements 132 angeordnet ist. Jedes der elektrisch leitenden Überbrückungselemente 146 ist fest an einem von vier identisch ausgeführten elastischen Abstandselementen 148 des kapazitiven Sensorelements 130 angebracht. Jedes der vier elastischen Abstandselemente 148, die aus einem elektrisch nicht-leitfähigen PET gefertigt sind, ist dafür ausgelegt, ein Querelement 150 aufzuweisen, das eine obere Oberfläche und eine untere Oberfläche aufweist, von denen beide im Wesentlichen parallel zur oberen Oberfläche 140 des elektrisch isolierenden Trägerelements 138 angeordnet sind. Die untere Oberfläche ist so angeordnet, dass sie zum elektrisch isolierenden Trägerelement 138 weist. Jeweils ein elektrisch leitendes Überbrückungselement 146 ist fest an der unteren Oberfläche des Querelements 150 eines jeden elastischen Abstandselements 148 angebracht. Ferner umfasst jedes elastische Abstandselement 148 einen Ansatz 152, der jeweils einstückig an jedem Ende des Querelements 150 ausgebildet ist und senkrecht vom Querelement 150 zum elektrisch isolierenden Trägerelement 138 vorsteht. Ein Ansatz 152 von jedem elastischen Abstandselement 148 ist durch einen Klebstoff an dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement 134 angebracht, und der andere Ansatz 152 eines jeden elastischen Abstandselements 148 ist an dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement 136 angebracht.For this purpose, each of the electrically conductive bridging elements 146 is formed as a circular metal ring which is opposite to the specified direction with respect to a direction 54 over a corner of the four corners of the single electrically conductive loop of the first electrically conductive antenna element 132 is arranged. Each of the electrically conductive bridging elements 146 is firmly attached to one of four identically designed elastic spacers 148 the capacitive sensor element 130 appropriate. Each of the four elastic spacers 148 , which are made of an electrically non-conductive PET, is designed to be a cross member 150 having an upper surface and a lower surface, both of which are substantially parallel to the upper surface 140 the electrically insulating carrier element 138 are arranged. The lower surface is arranged to be the electrically insulating support member 138 has. In each case an electrically conductive bridging element 146 is fixed to the lower surface of the cross element 150 of each elastic spacer 148 appropriate. Furthermore, each elastic spacer element comprises 148 an approach 152 each integrally at each end of the cross member 150 is formed and perpendicular to the cross member 150 to the electrically insulating carrier element 138 protrudes. An approach 152 from each elastic spacer 148 is by an adhesive on the second electrically conductive antenna element 134 appropriate, and the other approach 152 of each elastic spacer 148 is at the third electrically conductive antenna element 136 appropriate.

Wie in 3b für einen mechanisch unbelasteten Zustand gezeigt ist, in dem keine externe Kraft in der spezifizierten Richtung 54 aufgebracht wird, ist jedes der elektrisch leitenden Überbrückungselemente 146 in einer beabstandeten Beziehung zum ersten elektrisch leitenden Antennenelement 132, zum zweiten elektrisch leitenden Antennenelement 134 und zum dritten elektrisch leitenden Antennenelement 136 angeordnet.As in 3b is shown for a mechanically unloaded state in which no external force in the specified direction 54 is applied, is each of the electrically conductive bridging elements 146 in spaced relation to the first electrically conductive antenna element 132 to the second electrically conductive antenna element 134 and to the third electrically conductive antenna element 136 arranged.

Die elastischen Abstandselemente 148 haben elastische mechanische Eigenschaften in der spezifizierten Richtung 54 und sind in der Lage, reversibel abgelenkt zu werden, wenn eine externe Kraft in der spezifizierten Richtung 54 aufgebracht wird. Falls eine mechanische Last F in der spezifizierten Richtung 54 auf das kapazitive Sensorelement 130 aufgebracht wird, nähert sich wenigstens eines der elektrisch leitenden Überbrückungselemente 146 dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 132, dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement 134 und dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement 136.The elastic spacers 148 have elastic mechanical properties in the specified direction 54 and are able to be reversibly deflected when an external force in the specified direction 54 is applied. If a mechanical load F in the specified direction 54 on the capacitive sensor element 130 is applied, at least one of the electrically conductive bridging elements approaches 146 the first electrically conductive antenna element 132 , the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 ,

Solange die mechanische Last F, die in der spezifizierten Richtung 54 auf das kapazitive Sensorelement 130 aufgebracht wird, unterhalb eines vorbestimmten Wertes für die mechanische Last F liegt, der im Wesentlichen unterhalb einer mechanischen Last F ausgewählt wird, die durch eine auf dem Sitz platzierte elektrische Vorrichtung oder durch einen ISOFIX-Kinderrückhaltesitz auf den Fahrzeugsitz 10 aufgebracht wird, bleiben das erste elektrisch leitende Antennenelement 132, das zweite elektrisch leitende Antennenelement 134 und das dritte elektrisch leitende Antennenelement 136 galvanisch voneinander getrennt. Bei dieser Bedingung der mechanischen Last F ist das erste elektrisch leitende Antennenelement 132, das mit der Kapazitäts-Messschaltung 20 verbunden ist, das einzige Fühlteil des kapazitiven Sensorelements 130. Eine elektronische Vorrichtung oder, falls die Überbrückungselemente 146 auf geeignete Weise angeordnet sind, ein leerer ISOFIX CRS, der zum Beispiel an einer Fahrzeugkarosserie geerdet und auf dem Sitzpolster 12 des Fahrzeugsitzes 10 positioniert ist, verursacht eine mechanische Last F auf die Überbrückungselemente 146, die unter diese Bedingung fallen. Somit bleibt das Ausgangssignal aus der Kapazitäts-Messschaltung 20, das eine Kapazität des kapazitiven Sensorelements 130 anzeigt, unterhalb des unteren der zwei vorbestimmten Schwellenwerte, und die Auswerteeinheit 26 erzeugt ein Ausgangssignal 28, das die Sitzbelegungsklassifizierung „leer“ anzeigt.As long as the mechanical load F that in the specified direction 54 on the capacitive sensor element 130 is applied, below a predetermined value for the mechanical load F which is substantially below a mechanical load F by an electrical device placed on the seat or by an ISOFIX child restraint seat on the vehicle seat 10 is applied, remain the first electrically conductive antenna element 132 , the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 galvanically isolated from each other. At this condition of mechanical load F is the first electrically conductive antenna element 132 that with the capacitance measurement circuit 20 is connected, the only sensing part of capacitive sensor element 130 , An electronic device or, if the bridging elements 146 are suitably arranged, an empty ISOFIX CRS grounded, for example, on a vehicle body and on the seat cushion 12 of the vehicle seat 10 is positioned, causes a mechanical load F on the bridging elements 146 that fall under this condition. Thus, the output signal remains out of the capacitance measuring circuit 20 that is a capacitance of the capacitive sensor element 130 below the lower of the two predetermined thresholds, and the evaluation unit 26 generates an output signal 28 that indicates the seat occupancy classification "empty".

Sobald die mechanische Last F, die in der spezifizierten Richtung 54 auf das kapazitive Sensorelement 130 aufgebracht wird, gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert für die mechanische Last F ist, was dann der Fall ist, wenn ein Kind auf einem Kindersitz oder ein Erwachsener auf dem Sitzpolster 12 positioniert ist, wird durch die elektrisch leitenden Überbrückungselemente 146 wenigstens ein galvanischer Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 132, dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement 134 und dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement 136 bereitgestellt. Diese Situation ist in den 4a und 4b veranschaulicht. Auf diese Weise sind das zweite elektrisch leitende Antennenelement 134 und das dritte elektrisch leitende Antennenelement 136 galvanisch mit der Kapazitäts-Messschaltung 20 verbunden, ebenso wie das erste elektrisch leitende Antennenelement 132.Once the mechanical load F that in the specified direction 54 on the capacitive sensor element 130 is applied, equal to or greater than the predetermined value for the mechanical load F is what happens then when a child is sitting on a child seat or an adult on the seat pad 12 is positioned by the electrically conductive bridging elements 146 at least one galvanic contact between the first electrically conductive antenna element 132 , the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 provided. This situation is in the 4a and 4b illustrated. In this way, the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 galvanic with the capacitance measuring circuit 20 connected, as well as the first electrically conductive antenna element 132 ,

Bei dieser Bedingung der mechanischen Last F werden das erste elektrisch leitende Antennenelement 132, das zweite elektrisch leitende Antennenelement 134 und das dritte elektrisch leitende Antennenelement 136 zu Fühlteilen des kapazitiven Sensorelements 130. Somit liegt, wenn der Fahrzeugsitz 10 von dem Kind auf dem Kindersitz belegt ist, das Ausgangssignal aus der Kapazitäts-Messschaltung 20, das eine Kapazität des kapazitiven Sensorelements 130 anzeigt, über dem unteren der zwei vorbestimmten Schwellenwerte und unter dem größeren der zwei vorbestimmten Schwellenwerte liegen, und die Auswerteeinheit 26 erzeugt ein Ausgangssignal 28, das die Sitzbelegungsklassifizierung „Kind“ anzeigt. Ferner liegt, wenn der Fahrzeugsitz 10 von dem Erwachsenen belegt ist, das Ausgangssignal aus der Kapazitäts-Messschaltung 20, das eine Kapazität des kapazitiven Sensorelements 130 anzeigt, über dem oberen der zwei vorbestimmten Schwellenwerte, und die Auswerteeinheit 26 erzeugt ein Ausgangssignal 28, das die Sitzbelegungsklassifizierung „Erwachsener“ anzeigt.At this condition of mechanical load F become the first electrically conductive antenna element 132 , the second electrically conductive antenna element 134 and the third electrically conductive antenna element 136 to sensing parts of the capacitive sensor element 130 , Thus, if the vehicle seat 10 occupied by the child on the child seat, the output signal from the capacitance measuring circuit 20 that is a capacitance of the capacitive sensor element 130 , above the lower of the two predetermined threshold values and below the larger of the two predetermined threshold values, and the evaluation unit 26 generates an output signal 28 showing the seat occupancy classification "child". Further, if the vehicle seat 10 occupied by the adult, the output signal from the capacitance measuring circuit 20 that is a capacitance of the capacitive sensor element 130 indicates, above the upper of the two predetermined threshold values, and the evaluation unit 26 generates an output signal 28 showing the seat occupancy ranking "adult".

Bei dieser speziellen Ausführungsform, wie sie in 4a gezeigt ist, ist es das Querelement 150, das dafür ausgelegt ist, bei Aufbringung der mechanischen Last F in der spezifizierten Richtung 54 abgelenkt zu werden. In anderen Ausführungsformen wird jedoch auch in Betracht gezogen, die Ansätze 152 des elastischen Abstandselements 148 so zu konfigurieren, dass sie unter der Einwirkung der mechanischen Last F abgelenkt werden, oder sowohl das Querelement 150 als auch die Ansätze 152 so zu konfigurieren, dass sie bei Aufbringung der mechanischen Last F in der spezifizierten Richtung 54 abgelenkt werden.In this particular embodiment, as in 4a is shown, it is the cross element 150 , which is designed for application of the mechanical load F in the specified direction 54 to be distracted. However, in other embodiments, the approaches are also contemplated 152 the elastic spacer element 148 to configure it under the action of the mechanical load F be deflected, or both the cross element 150 as well as the approaches 152 to be configured to withstand the application of mechanical load F in the specified direction 54 to get distracted.

Eine alternative Ausführungsform eines kapazitiven Sensorelements gemäß der Erfindung ist schematisch in einer Draufsicht in 5 veranschaulicht.An alternative embodiment of a capacitive sensor element according to the invention is shown schematically in a plan view in FIG 5 illustrated.

Das kapazitive Sensorelement 230 umfasst ein erstes elektrisch leitendes Antennenelement 232 und mehrere, z. B. sechszehn, zweite elektrisch leitende Antennenelemente 234. Das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 und das zweite elektrisch leitende Antennenelement 234 der mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente 234 haben eine planare Ausführung und sind auf einer planaren Oberfläche eines elektrisch isolierenden Trägerelements 238 angeordnet und an dieser angebracht. Es sei angemerkt, dass die Zahl von sechszehn zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen 234 nur als spezifisches Beispiel angegeben ist, und dass in anderen Ausführungsformen die Zahl von zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen 234 drei oder hundert oder jede andere geeignete Zahl sein kann.The capacitive sensor element 230 comprises a first electrically conductive antenna element 232 and several, e.g. B. sixteen, second electrically conductive antenna elements 234 , The first electrically conductive antenna element 232 and the second electrically conductive antenna element 234 the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 have a planar design and are on a planar surface of an electrically insulating support element 238 arranged and attached to this. It should be noted that the number of sixteen second electrically conductive antenna elements 234 only as a specific example, and that in other embodiments, the number of second electrically conductive antenna elements 234 three or one hundred or any other suitable number.

Das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 ist durch einen (im Vergleich zu einer lateralen Erstreckung des elektrisch leitenden Antennenelements) schmalen Metallstreifen gebildet, der mäandernd geformt ist und zwei Anschlussklemmen 244 an Enden des Mäanders umfasst, durch die er elektrisch an die Kapazitäts-Messschaltung 20 auf identische Weise, wie in 1 für die erste Ausführungsform des kapazitiven Sensorelements 130 gezeigt, anschließbar ist. Eine der Anschlussklemmen 244 ist an den mäandernden Abschnitt des ersten elektrisch leitenden Antennenelements 232 über einen Durchgang in dem elektrisch isolierenden Trägerelement 238 angeschlossen. Entlang eines Mittelabschnitts umfasst das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 vier Paare von Stichleitungen 60, die sich senkrecht und koplanar erstrecken. Die zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente 234 der mehreren sechszehn zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente 234 sind identisch als rechteckige Stücke Metallblech ausgebildet, sind in einer Ebene angeordnet und angrenzend an das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 angeordnet. Die mehreren sechszehn zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente 234 sind angrenzend in einer Anordnung von 4x4 angeordnet, was zu einer kompakten Installationsfläche des kapazitiven Sensorelements 230 führt.The first electrically conductive antenna element 232 is formed by a narrow (in comparison to a lateral extent of the electrically conductive antenna element) metal strip which is meandering shaped and two terminals 244 at the ends of the meander through which it connects electrically to the capacitance measuring circuit 20 in an identical way as in 1 for the first embodiment of the capacitive sensor element 130 shown, is connectable. One of the connection terminals 244 is at the meandering portion of the first electrically conductive antenna element 232 via a passage in the electrically insulating support element 238 connected. Along a middle section, the first electrically conductive antenna element comprises 232 four pairs of stubs 60 which extend vertically and coplanar. The second electrically conductive antenna elements 234 the plurality of sixteen second electrically conductive antenna elements 234 are identically formed as rectangular pieces of sheet metal, are arranged in a plane and adjacent to the first electrically conductive antenna element 232 arranged. The plurality of sixteen second electrically conductive antenna elements 234 are contiguous in an arrangement of 4x4 arranged, resulting in a compact installation surface of the capacitive sensor element 230 leads.

In einem mechanisch unbelasteten Zustand haben das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 und die mehreren sechszehn zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente 234 keine galvanische Verbindung miteinander.In a mechanically unloaded state, the first electrically conductive antenna element 232 and the plurality of sixteen second electrically conductive antenna elements 234 no galvanic connection with each other.

Das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 und die mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente 234 werden problemlos durch Aufbringen eines elektrisch leitenden Materials auf eine obere Oberfläche 240 des elektrisch isolierenden Trägerelements 238 gebildet, das als elektrisch isolierendes Substrat gebildet ist, welches als Polyethylenterephthalat-(PET)-Lage gestaltet ist. Die Bodenfläche des elektrisch isolierenden Trägerelements 238 ist mit einer elektrisch leitenden Schicht ausgerüstet, die auf der PET-Lage aufgebracht und dafür ausgelegt ist, als Schutzelektrode 242 zu dienen. Das elektrisch leitende Material des Antennenelements und/oder der Schutzelektrode, z. B. ein Metall oder ein Graphitmaterial oder ein elektrisch leitendes Polymer, kann z. B. durch Drucken, Ablagern, Laminieren oder irgendeine andere geeignete Aufbringungstechnik auf das Substrat aufgebracht werden.The first electrically conductive antenna element 232 and the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 be easily by applying an electrically conductive material to an upper surface 240 the electrically insulating carrier element 238 formed as an electrically insulating substrate, which is designed as a polyethylene terephthalate (PET) layer. The bottom surface of the electrically insulating support member 238 is equipped with an electroconductive layer applied on the PET layer and designed as a protective electrode 242 to serve. The electrically conductive material of the antenna element and / or the guard electrode, for. As a metal or a graphite material or an electrically conductive polymer, z. By printing, deposition, laminating or any other suitable deposition technique on the substrate.

Die Schutzelektrode 242 ist proximal angeordnet und von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 232 und den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen 234 isoliert. Die elektrisch leitende Schutzelektrode 242 überlappt in der spezifizierten Richtung 54, die in Richtung zur oberen Oberfläche 240 des elektrisch isolierenden Trägerelements 238 und senkrecht zu diesem angeordnet ist, im Wesentlichen den Bereich, der von einem von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 232 und den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen 234 eingefasst ist.The protection electrode 242 is disposed proximally and from the first electrically conductive antenna element 232 and the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 isolated. The electrically conductive protection electrode 242 overlaps in the specified direction 54 Towards the upper surface 240 the electrically insulating carrier element 238 and disposed perpendicularly to it, substantially the region of one of the first electrically conductive antenna element 232 and the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 is enclosed.

Außerdem umfasst das kapazitive Sensorelement 230 mehrere elektrisch leitende Überbrückungselemente 246, von denen jedes so angeordnet ist, dass es das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 und ein zweites elektrisch leitendes Antennenelement 234 von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen 234 in der spezifizierten Richtung 54 teilweise überlappt.In addition, the capacitive sensor element comprises 230 several electrically conductive bridging elements 246 each of which is arranged to be the first electrically conductive antenna element 232 and a second electrically conductive antenna element 234 from the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 in the specified direction 54 partially overlapped.

Jedes der elektrisch leitenden Überbrückungselemente 246 ist ähnlich wie die elektrisch leitenden Überbrückungselemente 146 der ersten Ausführungsform des kapazitiven Sensorelements 130 gestaltet. Jedes der elektrisch leitenden Überbrückungselemente 246 ist fest an einem elastischen Abstandselement 248 von mehreren elastischen Abstandselementen 248 des kapazitiven Sensorelements 230 angebracht. Jedes der elastischen Abstandselemente 248 ist identisch zu den elastischen Abstandselementen 148 der ersten Ausführungsform des kapazitiven Sensorelements 130 ausgebildet und hat elastische mechanische Eigenschaften in der spezifizierten Richtung 54.Each of the electrically conductive bridging elements 246 is similar to the electrically conductive bridging elements 146 the first embodiment of the capacitive sensor element 130 designed. Each of the electrically conductive bridging elements 246 is fixed to an elastic spacer 248 of several elastic spacers 248 the capacitive sensor element 230 appropriate. Each of the elastic spacers 248 is identical to the elastic spacer elements 148 the first embodiment of the capacitive sensor element 130 formed and has elastic mechanical properties in the specified direction 54 ,

Die elektrisch leitenden Überbrückungselemente 246 sind fest an den elastischen Abstandselementen 248 angebracht, wie es für die erste Ausführungsform des kapazitiven Sensorelements 130 beschrieben ist.The electrically conductive bridging elements 246 are fixed to the elastic spacers 248 attached, as is the case for the first embodiment of the capacitive sensor element 130 is described.

Das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 und ein spezifisches von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen 234, die teilweise von einem spezifischen von den mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen 246 überlappt sind, bleiben galvanisch voneinander getrennt, wenn eine mechanische Last F, die kleiner als ein spezifischer vorbestimmter Wert für die mechanische Last F ist, in der spezifizierten Richtung 54 auf das spezifische eine von den mehreren elastischen Abstandselementen 248 aufgebracht wird, an dem das spezifische eine der mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselemente 246 fest angebracht ist. Bei dieser Bedingung der mechanischen Last F ist das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 das einzige Fühlteil des kapazitiven Sensorelements 230.The first electrically conductive antenna element 232 and a specific one of the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 partially formed by a specific one of the plurality of electrically conductive bridging elements 246 are overlapped, remain galvanically isolated from each other when a mechanical load F which is less than a specific predetermined value for the mechanical load F is, in the specified direction 54 to the specific one of the multiple elastic spacers 248 is applied, to which the specific one of the plurality of electrically conductive bridging elements 246 firmly attached. At this condition of mechanical load F is the first electrically conductive antenna element 232 the only sensing part of the capacitive sensor element 230 ,

Falls eine mechanische Last F in der spezifizierten Richtung 54 auf das kapazitive Sensorelement 230 aufgebracht wird, nähert sich wenigstens eines der mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselemente 246 dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 232 und einem der mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente 234.If a mechanical load F in the specified direction 54 on the capacitive sensor element 230 is applied, at least one of the plurality of electrically conductive bridging elements 246 approaches the first electrically conductive antenna element 232 and one of the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 ,

Der Abschnitt der mechanischen Last F, der auf den spezifischen einen der mehreren elastischen Abstandhalter 248 aufgebracht wird, führt zu einem individuellen Oberflächendruck. Zum Beispiel kann die mechanische Last F eine nicht homogene Raumverteilung senkrecht zur spezifizierten Richtung 54 haben.The section of the mechanical load F that is specific to one of the several elastic spacers 248 is applied, leads to an individual surface pressure. For example, the mechanical load F a non-homogeneous space distribution perpendicular to the specified direction 54 to have.

Falls eine mechanische Last F gleich dem oder größer als der spezifizierte vorbestimmte Wert für die mechanische Last F in der spezifizierten Richtung 54 auf das spezifische eine von den mehreren elastischen Abstandselementen 248 aufgebracht wird, an dem das spezifische eine der mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselemente 246 fest angebracht ist, stellt das spezifische eine der mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselemente 246 wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 232 und dem spezifischen einen der mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente 234, die es teilweise überlappt, bereit. Bei dieser Bedingung der mechanischen Last F werden das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 und das spezifische eine von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen 234 Fühlteile des kapazitiven Sensorelements 230. Je mehr galvanische Kontakte zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 232 und den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen 234 bereitgestellt werden, desto größer wird das Ausgangssignal der Kapazitäts-Messschaltung 20.If a mechanical load F is equal to or greater than the specified predetermined value for the mechanical load F in the specified direction 54 to the specific one of the multiple elastic spacers 248 is applied, to which the specific one of the plurality of electrically conductive bridging elements 246 is fixed, the specific one of the plurality of electrically conductive bridging elements 246 at least one galvanic contact between the first electrically conductive antenna element 232 and the specific one of the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 that it partially overlaps, ready. At this condition of mechanical load F become the first electric conductive antenna element 232 and the specific one of the plurality of second electrically conductive antenna elements 234, sensing portions of the capacitive sensing element 230 , The more galvanic contacts between the first electrically conductive antenna element 232 and the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 are provided, the larger the output of the capacitance measuring circuit 20 ,

6 zeigt schematisch Fühlteile des kapazitiven Sensorelements 230 in drei verschiedenen mechanischen Belastungssituationen:

  • - der Oberflächendruck ist geringer als irgendein spezifischer vorbestimmter Wert für die elastischen Abstandselemente 248, das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 ist das einzige Fühlteil (links);
  • - der Oberflächendruck ist größer als irgendein spezifischer vorbestimmter Wert für die elastischen Abstandselemente 248, das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 und die mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente 234 sind Fühlteile (Mitte); und
  • - der Oberflächendruck ist größer als spezifische vorbestimmte Werte von drei der elastischen Abstandselemente 248, das erste elektrisch leitende Antennenelement 232 und die hervorgehobenen drei zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente 234 sind Fühlteile des kapazitiven Sensorelements 230 (rechts).
6 shows schematically sensing parts of the capacitive sensor element 230 in three different mechanical load situations:
  • the surface pressure is less than any specific predetermined value for the elastic spacers 248 , the first electrically conductive antenna element 232 is the only part of feeling (left);
  • the surface pressure is greater than any specific predetermined value for the elastic spacers 248 , the first electrically conductive antenna element 232 and the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 are feeler parts (middle); and
  • the surface pressure is greater than specific predetermined values of three of the elastic spacers 248 , the first electrically conductive antenna element 232 and the highlighted three second electrically conductive antenna elements 234 are sensing parts of the capacitive sensor element 230 (right).

Die spezifischen vorbestimmten Werte für den Oberflächendruck zum Bereitstellen mindestens eines galvanischen Kontakts zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement 232 und einem spezifischen von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen 234, die es teilweise überlappt, können gleich sein oder können sich voneinander unterscheiden, und zwar je nach einer gewünschten Sensorreaktion, die für eine erwartete Raumverteilung der aufgebrachten mechanischen Last F spezifisch sein kann.The specific predetermined surface pressure values for providing at least one galvanic contact between the first electrically conductive antenna element 232 and a specific one of the plurality of second electrically conductive antenna elements 234 that partially overlap it, may be the same or may differ from each other, depending on a desired sensor response, for an expected space distribution of the applied mechanical load F can be specific.

Die 7 und 8 veranschaulichen schematisch den Unterschied der Aktivierung der Fühlteile des kapazitiven Sensorelements zwischen einem von einem ISOFIX CRS belegten Sitz und einem von einem angeschnallten CRS belegten Sitz. Angeschnallte CRS sind normalerweise nicht an Masse angeschlossen, also haben sie eine geringe Kapazität. Sie haben jedoch ein hohes Gewicht und aktivieren einige oder alle Überbrückungselemente. Dies ist schematisch in 8 veranschaulicht.The 7 and 8th 12 schematically illustrate the difference in activation of sensing elements of the capacitive sensing element between a seat occupied by an ISOFIX CRS and a seat occupied by a buckled CRS. Strapped CRS's are normally not grounded, so they have a small capacity. However, they are heavy and activate some or all of the bridging elements. This is schematically in 8th illustrated.

Im Gegensatz dazu können ISOFIX CRS auf Grund der Erdung eine hohe Kapazität haben, aber sie sind durch die ISOFIX-Haken befestigt, also haben sie eine geringe Gewichtsverteilung und veranlassen eine Überbrückung nur durch einige der Überbrückungselemente. Dies ist schematisch in 7 veranschaulicht, wo die mechanische Installationsfläche des ISOFIX CRS als gepunktete Oberfläche dargestellt ist.By contrast, ISOFIX CRS can have a high capacity due to grounding, but they are secured by the ISOFIX hooks, so they have a low weight distribution and cause bridging only by some of the bridging elements. This is schematically in 7 illustrates where the mechanical installation surface of the ISOFIX CRS is shown as a dotted surface.

Während die Erfindung im Einzelnen in den Zeichnungen und der vorstehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, sind eine solche Veranschaulichung und Beschreibung als veranschaulichend oder beispielhaft, und nicht als einschränkend anzusehen; die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and foregoing description, such illustration and description are to be considered illustrative or exemplary, and not restrictive; the invention is not limited to the disclosed embodiments.

Andere Varianten der offenbarten Ausführungsformen können von den Fachleuten bei der Ausführung der beanspruchten Erfindung, durch Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche verstanden und herbeigeführt werden. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisend“ oder „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus, und der unbestimmte Artikel „ein“, „eine“ oder „einer“ schließt keine Mehrheit aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in sich voneinander unterscheidenden Unteransprüchen aufgeführt sind, weist nicht darauf hin, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann. Keines der Bezugszeichen in den Ansprüchen soll als den Schutzbereich einschränkend ausgelegt werden.Other variations of the disclosed embodiments may be understood and appreciated by those skilled in the art to practice the claimed invention, through the study of the drawings, the disclosure, and the appended claims. In the claims, the word "having" or "comprising" does not exclude other elements or steps, and the indefinite article "a," "an," or "an" does not exclude a majority. The mere fact that certain measures are listed in differing sub-claims does not indicate that a combination of these measures can not be used to advantage. Neither of the reference signs in the claims is intended to be construed as limiting the scope of protection.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Fahrzeugsitzvehicle seat
1212
Sitzpolsterseat cushion
1414
A-FlächeA surface-
1616
Rückenlehnebackrest
1818
Fahrzeugsitz-Insassen-erkennungs- und KlassifizierungsvorrichtungVehicle seat occupant detection and classification device
2020
Kapazitäts-MessschaltungCapacity measurement circuit
2222
SignalerzeugungseinheitSignal generation unit
2424
Fühlschaltungsensing circuit
2626
Auswerteeinheitevaluation
2828
Ausgangssignaloutput
3030
kapazitives Sensorelementcapacitive sensor element
3232
erstes elektrisch leitendes Antennenelementfirst electrically conductive antenna element
3434
zweites elektrisch leitendes Antennenelementsecond electrically conductive antenna element
3636
drittes elektrisch leitendes Antennenelementthird electrically conductive antenna element
3838
elektrisch isolierendes Trägerelementelectrically insulating carrier element
4040
obere Oberflächeupper surface
42 42
Schutzelektrodeguard electrode
4444
Anschlussklemmeterminal
4646
elektrisch leitendes Überbrückungselementelectrically conductive bridging element
4848
elastisches Abstandselementelastic spacer
5050
Querelementcrossmember
5252
Ansatzapproach
5454
spezifizierte Richtungspecified direction
5656
CAN-Kommunikations-verbindungCAN communication link
5858
Airbag-SteuereinheitAirbag control unit
6060
Stichleitungstub
FF
mechanische Lastmechanical load

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • US 2002/0038947 A1 [0007]US 2002/0038947 A1 [0007]
  • EP 2062789 A1 [0008]EP 2062789 A1 [0008]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • J. Smith et al., Electric field sensing for graphical interfaces, IEEE Comput. Graph. Appl., 18(3):54-60, 1998 [0028]J. Smith et al., Electric field sensing for graphical interfaces, IEEE Comput. Graph. Appl., 18 (3): 54-60, 1998 [0028]

Claims (11)

Kapazitives Sensorelement (130) einer Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung (18), wobei das kapazitive Sensorelement (130) Folgendes umfasst: - ein erstes elektrisch leitendes Antennenelement (132), das elektrisch an eine Kapazitäts-Messschaltung (20) zur Bestimmung einer Kapazität des kapazitiven Sensorelements (130) anschließbar ist, - wenigstens ein zweites elektrisch leitendes Antennenelement (134), das ohne galvanische Verbindung miteinander angrenzend an das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) angeordnet ist, - wenigstens ein elektrisch leitendes Überbrückungselement (146), das so angeordnet ist, dass es in einer spezifizierten Richtung (54) teilweise das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) und das zweite elektrisch leitende Antennenelement (134) überlappt, - wenigstens ein elastisches Abstandselement (148), das zumindest in der spezifizierten Richtung (54) elastische mechanische Eigenschaften aufweist, wobei das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement (146) fest an dem wenigstens einen elastischen Abstandselement (148) angebracht ist, wobei das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) und das zweite elektrisch leitende Antennenelement (134) galvanisch voneinander getrennt bleiben, wenn eine mechanische Last (F), die kleiner als ein vorbestimmter Wert für die mechanische Last (F) ist, in der spezifizierten Richtung (54) an das kapazitive Sensorelement (130) angelegt wird, und wobei das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement (146) wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) bereitstellt, wenn eine mechanische Last (F), die gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert für die mechanische Last (F) ist, in der spezifizierten Richtung (54) an das kapazitive Sensorelement (130) angelegt wird.A capacitive sensing element (130) of a vehicle seat occupant detection and classification device (18), the capacitive sensing element (130) comprising: a first electrically conductive antenna element (132) which can be electrically connected to a capacitance measuring circuit (20) for determining a capacitance of the capacitive sensor element (130), at least one second electrically conductive antenna element (134), which is arranged without galvanic connection to one another adjacent to the first electrically conductive antenna element (132), at least one electrically conductive bridging element (146) which is arranged such that it partially overlaps in a specified direction (54) the first electrically conductive antenna element (132) and the second electrically conductive antenna element (134), at least one elastic spacer element (148) having elastic mechanical properties at least in the specified direction (54), wherein the at least one electrically conductive bridging element (146) is fixedly attached to the at least one elastic spacer element (148), wherein the first electrically conductive antenna element (132) and the second electrically conductive antenna element (134) remain galvanically separated from each other when a mechanical load (F) smaller than a predetermined value for the mechanical load (F) is in the specified direction (54) is applied to the capacitive sensor element (130), and wherein the at least one electrically conductive bridging element (146) provides at least galvanic contact between the first electrically conductive antenna element (132) and the second electrically conductive antenna element (134) when a mechanical load (F) equal to or greater than the predetermined one Value for the mechanical load (F) is applied in the specified direction (54) to the capacitive sensor element (130). Kapazitives Sensorelement (130) nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) eine planare Ausführung hat und auf einer planaren Oberfläche (140) eines elektrisch isolierenden Trägerelements (138) angeordnet und an dieser angebracht ist.Capacitive sensor element (130) according to Claim 1 wherein at least one of the first electrically conductive antenna element (132) and the second electrically conductive antenna element (134) has a planar configuration and is disposed on and attached to a planar surface (140) of an electrically insulating support member (138). Kapazitives Sensorelement (130) nach Anspruch 1 oder 2, wobei wenigstens eines von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) als ein elektrisch leitender Streifen ausgebildet ist, der fest auf einer Oberfläche eines elektrisch isolierenden Substrats angebracht ist.Capacitive sensor element (130) according to Claim 1 or 2 wherein at least one of the first electrically conductive antenna element (132) and the second electrically conductive antenna element (134) is formed as an electrically conductive strip fixedly mounted on a surface of an electrically insulating substrate. Kapazitives Sensorelement (130) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Bereich, der von dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) eingefasst ist, einen Bereich umfasst, der von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) eingefasst ist.The capacitive sensor element (130) of any one of the preceding claims, wherein a region enclosed by the second electrically conductive antenna element (134) comprises a region enclosed by the first electrically conductive antenna element (132). Kapazitives Sensorelement (130) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein drittes elektrisch leitendes Antennenelement (136), das angrenzend ohne galvanische Verbindung zu dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement angeordnet ist, wobei das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) eine einzelne Schleife bildet, ein Bereich, der von dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement (134) eingefasst ist, einen Bereich umfasst, der von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) eingefasst ist, ein Bereich, der von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) eingefasst ist, einen Bereich umfasst, der von dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement (136) eingefasst ist, und wobei das erste elektrisch leitende Antennenelement (132) und das dritte elektrisch leitende Antennenelement (136) galvanisch voneinander getrennt bleiben, wenn eine mechanische Last (F), die kleiner als der vorbestimmte Wert für die mechanische Last (F) ist, in der spezifizierten Richtung (54) an das kapazitive Sensorelement (130) angelegt wird, und wobei das wenigstens eine elektrisch leitende Überbrückungselement (146) wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132) und dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement (136) bereitstellt, wenn eine mechanische Last (F), die gleich dem oder größer als der vorbestimmte Wert für die mechanische Last (F) ist, in der spezifizierten Richtung (54) an das kapazitive Sensorelement (130) angelegt wird.The capacitive sensor element (130) of any one of the preceding claims, further comprising a third electrically conductive antenna element (136) disposed adjacent to the first electrically conductive antenna element (132) and the second electrically conductive antenna element without galvanic connection the first electrically conductive antenna element (132) forms a single loop, a region enclosed by the second electrically conductive antenna element (134) includes a region enclosed by the first electrically conductive antenna element (132), a region enclosed by the first electrically conductive antenna element (132) includes a region enclosed by the third electrically conductive antenna element (136), and wherein the first electrically conductive antenna element (132) and the third electrically conductive antenna element (136) remain galvanically separated from each other when a mechanical load (F) smaller than the predetermined value for the mechanical load (F) is in the specified direction (54) is applied to the capacitive sensor element (130), and wherein the at least one electrically conductive bridging element (146) provides at least galvanic contact between the first electrically conductive antenna element (132) and the third electrically conductive antenna element (136) when a mechanical load (F) equal to or greater than the predetermined one Value for the mechanical load (F) is applied in the specified direction (54) to the capacitive sensor element (130). Kapazitives Sensorelement (230) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, umfassend - mehrere zweite elektrisch leitende Antennenelemente (234), die in einer Ebene angeordnet sind und angrenzend an das erste elektrisch leitende Antennenelement (232) ohne galvanische Verbindung miteinander und ohne galvanische Verbindung zum ersten elektrisch leitenden Antennenelement (232) angeordnet sind, - mehrere elektrisch leitende Überbrückungselemente (246), die jeweils so angeordnet sind, dass sie teilweise das erste elektrisch leitende Antennenelement (232) und zumindest eines von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen (234) in der spezifizierten Richtung (54) überlappen, - mehrere elastische Abstandselemente (248), die zumindest in der spezifizierten Richtung (54) elastische mechanische Eigenschaften aufweisen, wobei jedes von den mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen (246) fest an einem der mehreren elastischen Abstandselemente (248) angebracht ist, wobei das erste elektrisch leitende Antennenelement (232) und ein spezifisches von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen (234), die teilweise von einem spezifischen von den mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen (246) überlappt sind, galvanisch voneinander getrennt bleiben, wenn eine mechanische Last (F), die kleiner als ein spezifischer vorbestimmter Wert für die mechanische Last (F) ist, in der spezifizierten Richtung (54) an das spezifische eine von den mehreren elastischen Abstandselementen (248) angelegt wird, an dem das spezifische eine der mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselemente (246) fest angebracht ist, und wobei das spezifische eine von den mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselementen (246) wenigstens einen galvanischen Kontakt zwischen dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (232) und dem spezifischen einen von den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen (234), die es teilweise überlappt, bereitstellt, wenn eine mechanische Last (F) gleich dem oder größer als der spezifische vorbestimmte Wert für die mechanische Last (F) in der spezifizierten Richtung (54) an das spezifische eine der mehreren elastischen Abstandselemente (248), an dem das spezifische eine der mehreren elektrisch leitenden Überbrückungselemente (246) fest angebracht ist, angelegt wird.Capacitive sensor element (230) according to one of Claims 1 to 3 comprising - a plurality of second electrically conductive antenna elements (234) arranged in a plane and arranged adjacent to the first electrically conductive antenna element (232) without galvanic connection with each other and without galvanic connection to the first electrically conductive antenna element (232), - a plurality electrically conductive bridging elements (246) each arranged to partially overlap the first electrically conductive antenna element (232) and at least one of the plurality of second electrically conductive antenna elements (234) in the specified direction (54), - a plurality of elastic spacers (248) having elastic mechanical properties at least in the specified direction (54), wherein each of the plurality of electrically conductive bridging elements (246) is fixedly attached to one of the plurality of elastic spacers (248), the first electrically conductive antenna element (232) and a specific one of the plurality of second electrically conductive antenna elements (234) partially formed by a specific one of the plurality of electrically conductive bridging elements (246) are left electrically isolated from each other when a mechanical load (F) smaller than a specific predetermined value for the mechanical load (F) in the specified direction (54) is applied to the specific one of the plurality of elastic spacers (248) to which the specific one of the plurality of electrically conductive bridging elements (246) is fixedly mounted, and wherein the specific one of the plurality of electrically conductive bridging elements (246) at least one galvanic contact between the first electric h conductive antenna element (232) and the specific one of the plurality of second electrically conductive antenna elements (234) partially overlapping it provides when a mechanical load (F) equal to or greater than the specific predetermined value for the mechanical load (F ) is applied in the specified direction (54) to the specific one of the plurality of elastic spacers (248) to which the specific one of the plurality of electrically conductive bridging elements (246) is fixedly attached. Kapazitives Sensorelement (130; 230) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine elektrisch leitende Schutzelektrode (142; 242), die proximal an dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132; 232), dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement oder den mehreren zweiten elektrisch leitenden Antennenelementen (134; 234) und, falls zutreffend, dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement (136) angeordnet und von diesen gegenseitig galvanisch isoliert ist, wobei die elektrisch leitende Schutzelektrode (142; 242) in der spezifizierten Richtung (54) im Wesentlichen den Bereich überlappt, der von einem von dem ersten elektrisch leitenden Antennenelement (132; 232), dem zweiten elektrisch leitenden Antennenelement oder den mehreren der zweiten elektrisch leitenden Antennenelemente (134; 234) und, falls zutreffend, dem dritten elektrisch leitenden Antennenelement (136) eingefasst ist.The capacitive sensor element (130; 230) of any one of the preceding claims, further comprising an electrically conductive guard electrode (142; 242) proximal to the first electrically conductive antenna element (132; 232), the second electrically conductive antenna element, or the plurality of second electrically conductive ones Antenna elements (134; 234) and, if applicable, the third electrically conductive antenna element (136) and are mutually galvanically isolated from each other, wherein the electrically conductive protection electrode (142; 242) in the specified direction (54) substantially overlaps the region framed by one of the first electrically conductive antenna element (132; 232), the second electrically conductive antenna element or the plurality of second electrically conductive antenna elements (134; 234) and, if applicable, the third electrically conductive antenna element (136). Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung (18), umfassend - wenigstens ein kapazitives Sensorelement (130; 230) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, - eine Kapazitäts-Messschaltung (20) zur Bestimmung einer Kapazität des kapazitiven Sensorelements (130; 230), und - eine Auswerteeinheit (26), die dafür konfiguriert ist, ein Ausgangssignal von der Kapazitäts-Messschaltung (20) zu empfangen und eine Sitzinsassenklassifizierung basierend auf einem Pegel des empfangenen Ausgangssignals und mindestens einem vorbestimmten Schwellenwert des Ausgangssignals bereitzustellen.A vehicle seat occupant detection and classification device (18) comprising - at least one capacitive sensor element (130; 230) according to any one of Claims 1 to 7 - a capacitance measuring circuit (20) for determining a capacitance of the capacitive sensor element (130; 230), and - an evaluation unit (26) which is configured to receive an output signal from the capacitance measuring circuit (20) and a seat occupant classification based on a level of the received output signal and at least a predetermined threshold value of the output signal. Fahrzeugsitz (10), umfassend eine Sitzstruktur zum Errichten des Fahrzeugsitzes (10) auf einem Boden eines Fahrgastraums des Fahrzeugs, ein Sitzpolster (12) mit wenigstens einem Sitzschaumelement, eine Sitzgrundfläche, die von der Sitzstruktur unterstützt wird und dafür ausgelegt ist, das Sitzpolster (12) aufzunehmen, wobei die Sitzgrundfläche und das Sitzpolster (12) dafür vorgesehen sind, ein Gesäß eines Sitzinsassen zu unterstützen, eine Rückenlehne (16), die zum Unterstützen eines Rückens des Sitzinsassen vorgesehen ist, und ein Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungssystem (18) nach Anspruch 8.A vehicle seat (10) comprising a seat structure for erecting the vehicle seat (10) on a floor of a passenger compartment of the vehicle, a seat cushion (12) having at least one seat foam element, a seat base supported by the seat structure and adapted to seat the seat cushion (10). 12), the seat base and seat cushion (12) being adapted to support a buttocks of a seat occupant, a seat back (16) provided to support a seat occupant's back, and a vehicle seat occupant detection and classification system (18 ) to Claim 8 , Verwendung der Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung (18) nach Anspruch 8 in einem Fahrzeugsitz (10), der eine Sitzgrundfläche umfasst, die dafür ausgelegt ist, ein Sitzpolster (12) mit wenigstens einem Sitzschaumelement aufzunehmen, wobei die Sitzgrundfläche und das Sitzpolster (12) zum Unterstützen eines Gesäßes eines Sitzinsassen vorgesehen sind, und der eine Rückenlehne (16) umfasst, die zum Unterstützen eines Rückens des Sitzinsassen vorgesehen ist, wobei das wenigstens eine kapazitive Sensorelement (30) an einem von dem Sitzpolster (12) oder der Rückenlehne (16) angeordnet ist.Use of the vehicle seat occupant detection and classification device (18) according to Claim 8 in a vehicle seat (10) comprising a seat base adapted to receive a seat cushion (12) having at least one seat foam member, the seat base and seat cushion (12) being for supporting a seat occupant's buttocks, and a seat back (16) provided for supporting a back of the seat occupant, wherein the at least one capacitive sensor element (30) is disposed on one of the seat cushion (12) or the seat back (16). Verwendung des kapazitiven Sensorelements (130; 230) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einer Fahrzeugsitz-Insassenerkennungs- und Klassifizierungsvorrichtung (18) nach Anspruch 8.Use of the capacitive sensor element (130; 230) according to one of Claims 1 to 7 in a vehicle seat occupant recognition and classification device (18) Claim 8 ,
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LU92957A LU92957B1 (en) 2016-01-25 2016-01-25 Capacitive occupant classification sensor with load-dependent antenna area
LU92957 2016-01-25
PCT/EP2017/050808 WO2017129433A1 (en) 2016-01-25 2017-01-16 Capacitive occupant classification sensor with load-dependent antenna area

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